FeSe多晶界超导体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种FeSe多晶界超导体的制备方法，其包括：将一未处理的SrTiO3多晶界衬底置于一真空室中，该真空室的压强低于10

FeSe polycrystalline boundary superconductors and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
FeSe多晶界超导体及其制备方法
本专利技术涉及超导
，尤其涉及FeSe多晶界超导体及其制备方法。
技术介绍
高温超导体是一类不能用传统的BCS理论解释的非常规超导体。1986年，米勒和贝德诺尔茨首次发现了铜氧化合物高温超导体。2008年，日本科学家首次发现了铁基高温超导体。由于铁基高温超导体的超导转变温度最高值远低于铜氧化物高温超导体的最高转变温度，铁基高温超导体受到人们的广泛关注。参见公开号为CN103184513A的中国专利申请，其公开一种在SrTiO3衬底表面生长FeSe高温超导薄膜的方法，其中，将所述SrTiO3衬底置于超高真空系统中生长FeSe高温超导薄膜前，需要对该SrTiO3衬底分别进行水煮处理、酸处理及空气中高温退火处理，以得到具有原子级平整台阶及单一TiO2终止面的SrTiO3衬底。参见公开号为CN105679647A的中国专利申请，其公开一种具有原子级平整表面且可以生长FeSe高温超导薄膜的SrTiO3衬底的制备方法，该方法包括：提供相同材料的至少两个预处理衬底，每个所述预处理衬底具有至少一抛光面；将所述至少两个预处理衬底层叠设置形成一层叠结构体，其中，相邻的两个所述预处理衬底的所述抛光面相对且完全重叠设置；将所述层叠结构体放置在高温炉里空气中进行退火处理后，分离所述层叠结构体。其中，预处理衬底包括水煮处理和酸处理。然而，上述处理SrTiO3衬底的方法中，对该SrTiO3衬底进行水煮处理、酸处理及在空气中进行高温退火处理，均需要专门的处理液和退火设备，工艺繁琐，成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种FeSe多晶界超导体的制备方法以及采用上述方法制备的FeSe多晶界超导体。该方法无需对该SrTiO3衬底进行水煮处理、酸处理及在空气中进行高温热处理。一种FeSe多晶界超导体的制备方法，其包括以下步骤：将一未处理的SrTiO3多晶界衬底置于一真空室中，该真空室的压强低于10-9mbar，其中，该未处理的SrTiO3多晶界衬底包括多个共面拼接设置且晶向不同的SrTiO3单晶衬底，相邻SrTiO3单晶衬底之间具有沟槽，且每个SrTiO3单晶衬底表面为非原子级平整；将该未处理的SrTiO3多晶界衬底加热至1050℃以上，对该未处理的SrTiO3多晶界衬底退火10分钟以上；将该真空室温度降到650℃～800℃，然后向该真空室通入含氧气氛，使真空室压强保持在1×10-6mbar～1×10-4mbar，对该退火后的SrTiO3衬底进行补氧处理10分钟～30分钟；以及在该补氧处理后的SrTiO3多晶界衬底表面生长FeSe多晶界高温超导薄膜。一种采用上述方法制备的FeSe多晶界超导体，其包括：一SrTiO3多晶界衬底，该SrTiO3多晶界衬底包括多个共面拼接设置且晶向不同的SrTiO3单晶衬底；以及一设置于该SrTiO3多晶界衬底表面的FeSe多晶界高温超导薄膜，该FeSe多晶界高温超导薄膜包括多个共面拼接设置且晶向不同的FeSe单晶薄膜；其中，相邻SrTiO3单晶衬底之间的晶界完全愈合形成原子级接触，相邻FeSe单晶薄膜之间的晶界完全愈合形成原子级接触，且所述FeSe单晶薄膜与SrTiO3单晶衬底之间具有一原子级平整的界面。相较于现有技术，本专利技术提供的FeSe多晶界超导体的制备方法，无需对该SrTiO3衬底进行水煮处理、酸处理及在空气中进行高温热处理，便可以得到具有原子级平整表面的SrTiO3衬底。而且，本专利技术提供的FeSe多晶界超导体的制备方法通过超高真空退火处理，可以使相邻SrTiO3单晶衬底之间的晶界完全愈合形成原子级接触。该方法制备的FeSe多晶界超导体中，相邻FeSe单晶薄膜之间的晶界完全愈合形成原子级接触。附图说明图1为本专利技术实施例提供的处理SrTiO3衬底的方法示意图。图2为本专利技术实施例提供的退火前和退火后的SrTiO3双晶界衬底的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的具有沟槽和缝隙的FeSe双晶界超导体的结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的没有沟槽和缝隙的FeSe双晶界超导体的结构示意图。图5为本专利技术实施例1制备的具有原子级平整表面的SrTiO3单晶衬底的扫描隧道显微镜(STM)照片。图6为本专利技术实施例1制备的未补氧处理的SrTiO3衬底生长FeSe高温超导薄膜的结果的扫描隧道显微镜照片。图7为本专利技术实施例2制备的FeSe高温超导薄膜退火前的扫描隧道显微镜照片。图8为本专利技术实施例2制备的FeSe高温超导薄膜退火后的扫描隧道显微镜照片。图9为本专利技术实施例3提供的未退火处理的SrTiO3双晶界衬底的原子力显微镜(AFM)照片。图10为本专利技术实施例3提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图11为本专利技术实施例4制备的FeSe高温超导薄膜退火前的的扫描隧道显微镜照片。图12为本专利技术实施例4制备的FeSe高温超导薄膜退火后的的扫描隧道显微镜照片。图13为本专利技术实施例5提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图14为本专利技术实施例6制备的1UC厚度的FeSe高温超导薄膜的扫描隧道显微镜照片。图15为本专利技术实施例6制备的10UC厚度的FeSe高温超导薄膜的扫描隧道显微镜照片。图16为本专利技术实施例7提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图17为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜退火前的扫描隧道显微镜照片。图18为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜退火后的扫描隧道显微镜照片。图19为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜的晶界处的低温扫描隧道显微镜照片。图20为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜的晶界左侧的FeSe单晶层低温扫描隧道显微镜照片。图21为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜的晶界右侧的FeSe单晶层低温扫描隧道显微镜照片。图22为本专利技术实施例9制备的FeSe高温超导薄膜退火前的扫描隧道显微镜照片。图23为本专利技术实施例9制备的FeSe高温超导薄膜退火后的扫描隧道显微镜照片。图24为本专利技术实施例10提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图25为本专利技术实施例11制备的FeSe高温超导薄膜退火前的扫描隧道显微镜照片。图26为本专利技术实施例11制备的FeSe高温超导薄膜退火后的扫描隧道显微镜照片。图27为本专利技术实施例12提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图28为本专利技术实施例13制备的FeSe高温超导薄膜退火前的扫描隧道显微镜照片。图29为本专利技术实施例13制备的FeSe高温超导薄膜退火后的扫描隧道显微镜照片。图30为本专利技术比较例1提供的退火处理后的SrTiO3单晶衬底的扫描隧道显微镜照片。图31为本专利技术比较例2提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的扫描隧道显微镜照片。图32为本专利技术比较例3提供的退火处理后的SrTiO3双晶界衬底的原子力显微镜照片。图33为本专利技术实施例6制备的FeSe高温超导薄膜的R-T测试结果。图34为图33方框部分的放大图。图35为本专利技术实施例8制备的FeSe高温超导薄膜的R-T测试结果。图36为图35方框部分的放大图。图37为本专利技术实施例13制备FeSe高温超导薄膜的R-T测试结果。主要元件符号说明FeSe超导体10,10A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将一未处理的SrTiO3多晶界衬底置于一真空室中，该真空室的压强低于10

【技术特征摘要】
1.一种FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将一未处理的SrTiO3多晶界衬底置于一真空室中，该真空室的压强低于10-9mbar，其中，该未处理的SrTiO3多晶界衬底包括多个共面拼接设置且晶向不同的SrTiO3单晶衬底，相邻SrTiO3单晶衬底之间具有沟槽，且每个SrTiO3单晶衬底表面为非原子级平整；将该未处理的SrTiO3多晶界衬底加热至1050℃以上，对该未处理的SrTiO3多晶界衬底退火10分钟以上；将该真空室温度降到650℃～800℃，然后向该真空室通入含氧气氛，使真空室压强保持在1×10-6mbar～1×10-4mbar，对该退火后的SrTiO3衬底进行补氧处理10分钟～30分钟；以及在该补氧处理后的SrTiO3多晶界衬底表面生长FeSe多晶界高温超导薄膜。2.如权利要求1所述的FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，对所述未处理的SrTiO3多晶界衬底加热的方法为：将所述未处理的SrTiO3多晶界衬底设置于一加热元件表面，然后通过第一电极和第二电极向该加热元件施加电压。3.如权利要求2所述的FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，通过第一电极和第二电极向该加热元件施加交流电。4.如权利要求2所述的FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，通过第一电极和第二电极向该加热元件施加直流电。5.如权利要求1所述的FeSe多晶界超导体的制备方法，其特征在于，对该未处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立莉，丁翠，薛其坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11