拓扑超导薄膜的外延生长及表征

Topological superconductor is a unique solid material which possesses both non-trivial topological surface states and bulk superconductivity simultaneously. Owing to the nature of the unconventional electron-pair symmetries, topological superconductors are ascending among several promising material systems which the Majorana fermions might be experimentally realized in.In this research, we propose to study the epitaxial growth of topological superconductor thin films on conventional semiconducting substrates via Molecular Beam Epitaxy technique. On the basis of precisely controlling the epitaxial growth and dopant concentration on the atomic level, an effective scheme for synthesizing topological superconducting thin films will be systematically investigated.In addition to the in-situ surface analysis on the as-grown thin films, low-temperature measurement techniques will also be exerted in the related analysis regarding transport properties. This project is of introductory significance in the search of Majorana fermions experimentally. It launches on observing and regulating the unconventional topological surface states in topological superconductors on the device level.

拓扑超导体是指一种同时具有拓扑表面电子能态以及体超导态的特殊固体材料，此种材料所具有的非传统电子配对对称性使其跻身为最有可能的在固体状态上观察到Majorana费米子的材料体系之一。本项目计划采用分子束外延技术研究在传统半导体基底上外延生长拓扑超导薄膜的物理问题。基于分子束外延技术的先进生长工艺，通过原子级别精准的生长及掺杂控制，并且结合原位的表面分析技术及低温输运测量技术，一种有效的拓扑超导薄膜合成技术将被探索及研究。此项工作对于在实验上观察到Majorana费米子具有重要的引导意义，并且将为从器件层面观察及控制拓扑超导体中的非寻常拓扑表面电子态铺平道路。

拓扑超导体是指一种同时具有拓扑表面电子能态以及体超导态的特殊固体材料，此种材料所具有的非传统电子配对对称性使其跻身为最有可能的在固体状态上观察到Majorana费米子的材料体系之一。本项目采用分子束外延技术研究了在GaAs半导体基底上外延生长拓扑超导薄膜的若干物理问题。在项目进行中，基于分子束外延这一先进的薄膜外延生长技术，通过原子级别精准的生长及掺杂控制，结合表面分析技术及低温输运测量技术，我们系统研究了一类拓扑超导薄膜的外延生长工艺。本结题报告将汇报拓扑绝缘薄膜的外延生长工艺以及金属掺杂工艺的探索性实验结果，重点介绍项目组在执行项目中所研发的一种铁基超导／拓扑异质结的外延生长工艺，此种硫族铁基超导／拓扑异质结的生长工艺的研发为拓扑超导性质薄膜的生长提供了一种独特的拓扑超导界面构建手段，并且为研究硫族铁基超导薄膜的界面超导增强机理提供了一种新薄膜实验平台。总体来说，此项工作对于在实验上观察到Majorana费米子具有重要的引导意义，并且为从器件层面观察及控制拓扑超导体中的非寻常拓扑表面电子态奠定了一定实验基础，同时对硫族铁基超导薄膜的界面超导机理研究也有一定的帮助。