[发明专利]一种调控超导转变温度的方法

说明书

本发明提供了一种调控超导转变温度的方法，采用具有“底电极/介质层/顶电极”的三明治结构，其中顶电极和/或底电极材料是超导材料，介质层材料是电致电阻转变材料；在顶电极与底电极之间施加电压，电极原子离化并进行迁移与还原反应，在介质层中形成具有超导性质的导电丝，调节电压使导电丝的电导G达到NG₀，其中N为自然数，G₀为量子化电导，构建超导纳米点接触；通过调节电压调控纳米点接触的尺寸，进而调控该纳米点接触的超导转变温度。该方法操作简单，可以原位调节超导转变温度，而且调控精确，并且选用不同的具有超导性质的电极材料，能够调控不同材料体系的超导转变温度。

技术领域

本发明涉及纳米技术及超导材料领域，特别是涉及一种调控超导转变温度的方法。

背景技术

与块体材料相比，小尺寸材料具有独特性，例如纳米材料等，当材料尺寸缩小到一定尺寸时，会出现一系列与量子力学相位相关的现象，量子力学的基本规律在体系中会强烈的表现出来，因此小尺寸材料系统较宏观块体材料表现出独特的行为和物理特征，引起了研究领域和应用领域的强烈关注。

对于超导材料体系，当材料的尺寸减小至微米尺寸以下时，会受到体系相干长度以及穿透深度的影响，从而体系性质会发生变化，如超导转变温度、热稳定性、抗磁性和电阻率等。由于受到材料制备加工技术的限制，无法研究超导材料在小尺寸下体系性质的变化，近年来随着技术的发展，可以对小尺度的材料进行研究，这不仅有利于增加对超导物理基础的认识，而且对推动超导电子技术具有重要的意义。

目前已有人员采用纳微加工的方式调控超导材料的尺寸，进而对不同尺寸材料的超导转变温度进行研究，但这种方法材料制备较复杂、条件苛刻、材料选择范围窄、成功率低，且很难精确控制纳米结构及尺寸，导致材料性能受影响，很难实现对小尺寸下材料行为性质的精确调控和研究。

发明内容

针对上述关于超导转变温度的技术现状，本发明人在大量实验探索研究中采用超导材料作为纳米点接触的电极，通过调节不同电压值，构建得到不同尺寸的纳米点接触，测量其超导转变温度，发现在一定的纳米点接触尺寸范围内，不同尺寸的纳米点接触对应的超导转变温度不同，即，通过调控纳米点接触的尺寸能够调控超导转变温度。

即，本发明提供了一种简易调控超导转变温度的方法，采用具有“底电极/介质层/顶电极”的三明治结构，其中，顶电极和/或底电极材料是超导材料，介质层材料是电致电阻转变材料；

在顶电极与底电极之间施加电压，电极原子离化并进行迁移与还原反应，在介质层中形成具有超导性质的导电丝，调节电压使导电丝的电导G达到NG₀，其中N为自然数，G₀为量子化电导，构建超导纳米点接触；

通过调节电压调控纳米点接触的尺寸，进而调控该纳米点接触的超导转变温度。

所述的超导材料是具有超导性质的材料，包括但不限于Ti、V、Zr、Nb、Bi、Al、Sn、Cd、Pb等中的一种或两种。

作为优选，所述的超导材料为薄膜状态，作为进一步优选，其厚度大于零小于1微米。

所述的介质层材料具有电致电阻转变性质，其材料不限，包括半导体或绝缘体，例如ZnO、HfO₂、TiO₂、SiO₂、Ta₂O₅等中的一种。

作为优选，所述的介质层材料为薄膜状态，厚度保证其不漏电即可。

作为优选，所述底电极位于衬底上，保护层位于顶电极上。

所述衬底不限，可为刚性衬底或柔性衬底。

所述保护层为惰性导电薄膜，包括但不限于Pt、Au等中的一种，其厚度保证顶电极不被氧化即可。