田明阳 王巨丰 杜宏健 马传许 王兵

(中国科学技术大学物理系, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 合肥 230026)

铅铋(Pb-Bi)合金超导材料被广泛研究, 但对其低温物相的结构和超导物性却知之甚少.本文采用低温共沉积和低温退火的方法, 在Si(111)-(7 × 7)衬底生长的Bi(111)超薄薄膜上制备了铅铋合金薄膜, 利用扫描隧道显微术对其结构和电子学性质进行表征.通过结构表征, 确定了薄膜中存在相分离, 同时存在具有三次对称性的纯Bi(111)相和合金相Pb1–xBix, 可归属于部分铋取代的Pb(111)结构.通过电子学性质测量, 进一步证实了Bi(111)相中特征的电子学结构及合金相中的超导行为.变温实验表明, 合金相Pb1–xBix的超导转变温度是7.77 K, 属于强耦合超导体.测量了由Bi(111)-Pb1–xBix组成的正常金属-超导体异质结和超导体-正常金属-超导体异质结中的邻近效应, 指出了超导穿透深度可能受界面接触面积的影响.考虑到铋可能具有的拓扑属性, Bi(111)-Pb1–xBix面内异质结界面结构可进一步用于研究其新奇物理效应.

1 引 言

铋(bismuth, Bi)因具有强的自旋轨道耦合,无论单质铋还是各种铋基化合物, 都受到了研究者们的广泛关注[1,2].铅铋(Pb-Bi)合金作为一种超导材料, 不同元素配比的合金相的超导转变温度和临界磁场性质都被大量研究[3−5].有研究表明, 在铅膜中少量掺铋可以有效改善薄膜的量子稳定性,提高薄膜的超导转变温度[6].由于铋原子和铅原子半径相差较小, 根据Hume-Rothery定则[7], 它们混合在一起会形成替代型合金.在合金相图中,较高……