PdTe2/Bi2Te3异质结的分子束外延生长及扫描隧道显微镜研究

论文摘要

Majorana费米子为自身的反粒子,同时遵守非阿贝尔统计。由于Majorana费米子在实现拓扑量子计算上具有可观的应用前景,引起了人们广泛的关注和兴趣。Majorana费米子被预言存在于拓扑超导体中,但是天然的拓扑超导体十分稀少,因此不利于寻找Majorana费米子。幸运的是,有理论物理学家预言,通过超导近邻效应,可以使由拓扑绝缘体和超导体构成的异质结成为人工拓扑超导体,由此可用来寻找Majorana费米子。随后,在实验上,关于Majorana费米子存在的证据相继地在这种异质结中找到了。在这种异质结中,如果拓扑绝缘体长在了超导体的上面,对于这样的结构,可直接在拓扑绝缘体的表面探测Majorana费米子的实空间分布。但是,如果要实现能够操控Majorana费米子的器件,则需要将超导体长在拓扑绝缘体上面。PdTe2体材料是一种过渡金属硫化物,具有许多新奇的物理特性。比如,超导性（转变温度1.7K）、拓扑表面态以及存在第二类狄拉克费米子等。此外,PdTe2薄膜也同样具有超导性,因此PdTe2是生长在拓扑绝缘体表面的理想超导材料。在本论文中,我们首先研究了在拓扑绝缘体Bi2Te3上生长PdTe2薄膜的实验条件,然后利用原位STM/STS研究了PdTe2/Bi2Te3异质结的表面形貌和电子性质,最后通过非原位双线圈互感技术探测了异质结的超导电性。本文的主要研究成果如下:（1）在富Te条件下,我们成功地在Bi2Te3上制备出不同厚度的高质量PdTe2薄膜。随后,利用STM研究了PdTe2/Bi2Te3异质结构表面的形貌。STM图像清晰地显示出PdTe2表面原子级平坦的表面和小的随机高度调制。另外,PdTe2薄膜的台阶高度和面内晶格常数的测量值分别为0.51nm和0.40nm,与PdTe2体材料的晶格常数一致。（2）在PdTe2覆盖度较低的样品上,我们利用STM研究了未被PdTe2覆盖的Bi2Te3区域。发现Bi2Te3表面的缺陷密度很低,表明PdTe2/Bi2Te3异质结的界面十分干净,同时也说明Pd原子更倾向于形成PdTe2薄膜。此外,我们还用STS研究了PdTe2/Bi2Te3异质结的电子性质。发现PdTe2对邻近的Bi2Te3具有电子掺杂的性质,使Bi2Te3的狄拉克点相对费米能下降了40meV。（3）利用非原位双线圈互感技术,我们测量了PdTe2/Bi2Te3异质结的超导电性,发现其超导转变温度约为1.4K。然而,关于未被PdTe2覆盖的Bi2Te3的超导电性还有待进一步的研究。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛环一

导师: 贾金锋

关键词: 费米子,拓扑绝缘体,拓扑超导体,异质结

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 上海交通大学

分类号: O469

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.003008

总页数: 76

文件大小: 5271K

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