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MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

2021-11-11李艳丽张新月孔祥东高召顺

光谱学与光谱分析 2021年11期
关键词:振动测量

李艳丽,伍 岳,张新月, 2,孔祥东, 2*,高召顺, 2,韩 立, 2

1.中国科学院电工研究所,北京 100190 2.中国科学院大学,北京 100049

引 言

MgB2是迄今为止人们发现的超导转变温度最高的合金超导体(Tc~39 K),由于其具有结构简单、相干长度长(ξ~5 nm)、晶界间不存在弱连接、上临界场很高(薄膜的Hc2~40 T)、电-声散射时间短(3 ps)等优势,MgB2超导薄膜在电子学领域有着广阔的应用前景[1],如MgB2薄膜制备超导热电子混频器(hot electron bolometers, HEB)、超导单光子探测器(superconducting single-photon detectors, SSPD)等。

拉曼光谱是一种重要的分析和研究工具,已广泛应用于医学、材料等领域,它也是研究电-声子相互作用和能带结构的一种有效方法。理论分析发现,MgB2中有四种声子模式[2]:两个沿c轴方向振动的简并模式A2u和B1g,两个沿晶内x或y方向振动的双重简并模式E1u和E2g。在E2g模式中,Mg原子静止不动,B原子沿x或y方向作运动,包含吸引和排斥两种运动,该振动模式带来的结果就是σ能带与E2g声子模形成强耦合,提高了MgB2的超导转变温度[3]。

自从2001年[4]MgB2的超导性能被发现后,研究人员就开始利用拉曼光谱分析其电子、声子特征和能带结构,包括理论计算[5]以及实验测量,如测量C掺杂MgB2的拉曼光谱[6-7]、不同缓冲层厚度上MgB2薄膜的拉曼光谱[8]、MgB2拉曼光谱随压强[9]、偏振方向[10]的变化等。之前的研究报道指出,MgB2在600 cm-1附近有一宽化的拉曼峰,但可能是样品质量、晶粒尺寸等不同,导致报道中MgB2的拉曼峰在峰位和峰形上区别较大,如拉曼峰位置从580到630 cm-1不等。此外,拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,83~293 K之间MgB2的变温拉曼光谱[11]发现,位于600 cm-1的拉曼峰随温度降低峰位明显向高波数方向移动,而在低频区域未见拉曼峰。……

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