[发明专利]外延铁基超导薄膜制备方法及制备的外延铁基超导薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及超导领域，具体涉及一种外延铁基超导薄膜制备方法及通过该方法制备的外延铁基超导薄膜。

背景技术

2008年初，日本科学家发现超导转变温度为26K的LaFeAsO_1-xF_x超导体，为超导研究开拓了新空间。在随后的短短三个月里，铁基超导体的超导转变温度被提高到了55K，发展成四个体系。α-FeSe_x是所发现的第四个铁基超导体系，简称“11”体系，由台湾物理研究所吴茂昆研究组于2008年8月中旬率先报道。其结构相对简单，不含砷，是四大体系中毒性最低的一个，因此引起了广范的关注。在发现α-FeSe_x超导体之前，已有许多FeSe化合物及薄膜的工作，主要探讨磁性和晶体结构，没有超导电性的报导。

超导在电子学中的应用，如超导量子干涉器件(SQUID)、超导混频器、超导粒子探测器以及超导数字电路等，都是以制备高质量的超导薄膜为基础。为了深入研究铁基超导体的物性及其在超导电子学器件中的应用，众多研究组投入到制备高质量外延铁基超导薄膜的研究中。E.Backen等(e-printarXiv：cond-mat/0808.1864.)制备了F掺杂的LaOFeAs薄膜，样品起始转变温度为11K，没有观测到零电阻现象。H.Hiramatsu等(Appl.Phys.Lett.93，162504(2008).)制备了没有F掺杂的LaOFeAs薄膜，样品不超导。H.Hiramatsu等(Appl.Phys.Express 1，101702(2008))制备了Co掺杂SrFe₂As₂薄膜，样品的零电阻温度为15K。值得注意的是，上述外延铁基超导薄膜中均含有相当数量的杂相。

而且，目前对α-FeSe铁基超导材料的研究主要是通过多晶体材来研究，对其物性的研究还不够深入。因此制备高质量的单晶薄膜有利于研究α-FeSe的物性，同时发展铁基超导材料在电子器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外延铁基超导薄膜制备方法及通过该方法制备的外延铁基超导薄膜。具体地，本发明提供制备单α-相、c-取向外延FeSe_x(0.80≤x≤1.0)和FeSe_(1-y)Te_y(0＜y≤1.0)外延铁基超导薄膜的制备方法，进而制备这种外延铁基超导薄膜，从而深入研究铁基超导材料的物性以及发展铁基超导材料在超导电子器件中应用。

本发明利用脉冲激光沉积系统进行外延铁基超导薄膜制备。关于脉冲激光沉积系统的介绍可以参见Willmott等的题为“Pulsed laser vaporization anddeposition”(Reviews of Modern Physics，72，315(2000))的文章，该文章的内容通过引用包含于此。

一方面，本发明提供一种外延铁基超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：

a)制备外延铁基超导薄膜所需的靶材，将所述靶材放入脉冲激光沉积系统的真空腔体中，其中所述靶材是FeSe_x或FeSe_(1-y)Te_y靶材，其中0.80≤x≤1.0，0＜y≤1.0；

b)准备基片，将所述基片固定在脉冲激光沉积系统的基片台上，将基片台放入真空腔体；

c)加热所述基片台进而加热所述基片；

d)利用脉冲激光沉积方法在所述基片上用脉冲激光进行沉积以生长薄膜。

如上所述的制备方法，所述FeSe_x或FeSe_(1-y)Te_y靶材分别是通过将按摩尔比1∶x的Fe、Se和摩尔比1∶1-y∶y的Fe、Se、Te粉末混合均匀，压片后用石英管真空封装，在600℃-700℃条件下烧结20-30小时；降温后将烧结好的靶材取出碾碎，压片再用石英管真空封装，在600℃-700℃再次烧结20-30小时后，将温度降至300℃-500℃退火20-30小时而得到的。

如上所述的制备方法，步骤c)中，以10-20℃/min的升温速率将所述基片的温度加热至400-700℃。

如上所述的制备方法，在所述步骤b)后，还包括：步骤b1)对所述真空腔体进行抽真空，使所述真空腔体内的真空度高于1×10^-3Pa。