低维材料中尺寸、界面及压力效应下宏观量子态的探测与相互作用研究

The current project is applied according to the 2014 guideline of single quantum state key research program of NSFC, based on the on-going project "detection and manipulation of the macroscopic quantum states in atomic thick superconducting thin films and its in-plane superlattice". We will cooperate with research groups working on macroscopic quantum state in low dimentional materials, combine our facilities on thin film growth, microfabrication, low temperature measurements, and theoretical calculations, take advantage of our long time experiennce on related research fields, to investigate the detection and interaction of macroscopic quantum states under the size, interface and pressure effects in low dimentional materials. We will focus on the issues such as substrate induced interface and pressure effects in FeSe thin films, Bose metal behaviors in superconducting dot arrays, coexstience and compitition between differnet quantum states in 2D superconductors, so as to discover new phenomena and new physics, to extend our understanding of the single quantum states in condensed matter.

本项目针对基金委2014年单量子态重大研究计划集成项目”宏观量子态的探测、调控和高压状态下的变化规律”提出申请，基于2012年开始资助的单量子态重大研究计划重点项目“原子尺度厚超导薄膜及其面内超晶格中的宏观量子态的探测和调控”，联合在低维材料体系宏观量子态研究方面具有良好基础的研究人员,充分利用各成员在薄膜生长、样品微加工、低温物性测量、理论分析等各方面的综合条件，在长期相关研究工作的基础之上，开展低维材料中在尺寸、界面以及压力效应下宏观量子态的探测与调控的研究，本项目将主要研究在衬底所导致的压力和界面效应下超导电性的变化规律，金属薄膜上的超导点阵列中的玻色金属行为及其与超导预配对相关的物理，二维超导体中超导、电荷密度波等量子态的共存于竞争等，发现新现象、新物理，得到其规律，进而促进单量子态的探测和调控的研究。

本项目主要研究低维材料体系中的宏观量子态在尺寸、界面及应力效应下的探测及其相互作用，发现新现象，探索新物理，解决单量子态的探测及其相互作用方面的关键科学与技术问题，为单量子态的未来应用打好基础。本项目重点研究原子尺度厚超导薄膜中应力、衬底以及界面对二维电子的超导配对机制的影响；生长在金属薄膜上的具有周期性人工点阵超导薄膜中的玻色金属行为；NbSe2等中电荷密度波、超导等不同有序态在二维超导体中的共存与竞争以及电荷密度波对超导配对对称性的影响等。.在项目执行过程中，我们发展了超导薄膜和单晶生长技术以及超导样品微加工技术，完善了低温强磁场电输运测量装置，利用电输运、远红外光谱、扫描隧道显微镜等测量技术针对具有介观尺度人工晶格的超导体、单层铁基超导薄膜、2H-NbS2中的宏观量子态开展了系统的研究，同时拓展了对二维铁基超导单晶和拓扑半金属材料的宏观量子态的研究，取得了以下结果。.在具有矩形孔阵列的Nb薄膜上我们发现在每个孔之中束缚了一个磁通时测量所得到的Tc要高于孔之中没有磁通时的Tc，我们利用库伯对和准粒子的势能与磁通数的关系对该现象进行了解释。在TaAs中通过声子的Fano线型对外尔节点附近的电声相互作用的研究发现随着温度的上升，费米面下电子态的占据度下降从而导致外尔节点附近电子态跃迁的下降。利用分子束外延的方法在SrTiO3(001)表面成功地制备了高质量的外延LiFeAs薄膜，为研究其它高温超导砷化物薄膜奠定了基础。利用分子束外延的方法在石墨烯化的SiC(0001)表面生长了高质量的FeSe超导薄膜，在相图中发现两个超导区域，一个是超导温度较低的区域，钾掺杂浓度较低，第二个是超导温度较高的区域，表面钾密度较高，这种双超导区域的相图为理解FeSe高温超导体机理的奠定了重要基础。.测量了准一维电荷密度波材料 Ta2NiSe7 的低温输运性质，发现了磁阻在 CDW 转变温度之下出现了形状的变化，该变化可用两能带轨道磁阻模型定量描述，增进了对该材料电荷密度波的机制的理解。该体系中可能存在的强自旋-轨道耦合，可能使该材料成为研究在电子相互作用，自旋轨道耦合相互作用下的CDW行为的理想体系。