鈦酸鋰超導(dǎo)體紅外反射光譜特性研究獲進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所徐文課題組與山東大學(xué)、中科院物理研究所合作，在鈦酸鋰超導(dǎo)體紅外反射光譜特性研究方面取得新進(jìn)展。通過(guò)研究不同晶格取向鈦酸鋰超導(dǎo)體紅外反射光譜特性，觀(guān)察到光探測(cè)金屬-超導(dǎo)轉(zhuǎn)變以及電子局域化效應(yīng)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》（Optics Letters,42(8), 1552-1555 (2017)）雜志上。

　　鈦酸鋰超導(dǎo)體是1973年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在10K左右的一類(lèi)傳統(tǒng)超導(dǎo)材料。鈦酸鋰超導(dǎo)體作為超導(dǎo)薄膜材料，在電力能源、超導(dǎo)磁體、通信和微電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，其物理性質(zhì)比如熱、電、磁輸運(yùn)、掃描隧道譜等已被廣泛研究，其中電輸運(yùn)測(cè)量已經(jīng)表明鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜材料金屬-超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在10-12K之間，并且[001]和[111]晶向的超導(dǎo)薄膜具有各向異性。但至今為止沒(méi)有對(duì)此超導(dǎo)體進(jìn)行過(guò)仔細(xì)的光學(xué)特性研究�；诖�，徐文課題組科研人員與其他單位合作，采用脈沖激光沉積方法在鎂鋁氧襯底上制備了鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜([001]和[111]晶向)，在近紅外波段(1-2μm)，對(duì)于鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜，條件ωτ~1得到滿(mǎn)足(這里ω是紅外光頻率，τ是樣品中電子的弛豫時(shí)間)，因此近紅外反射光譜作為一種無(wú)接觸光學(xué)測(cè)量手段，可以直接應(yīng)用于測(cè)量鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜的紅外光學(xué)特性(圖1)。研究結(jié)果表明：光探測(cè)鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜的金屬-超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度與電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)果一致(圖2)；不同晶格取向([001]和[111]晶向)的鈦酸鋰超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為9K和11K，光測(cè)量和電輸運(yùn)測(cè)量的金屬態(tài)電阻隨溫度變化趨勢(shì)一致(圖2和圖3)；在金屬態(tài)的鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜中觀(guān)察到電子局域化效應(yīng)，這個(gè)結(jié)果是常規(guī)電、磁輸運(yùn)測(cè)量無(wú)法直接觀(guān)察到的(圖2)。

　　該工作利用簡(jiǎn)單光學(xué)測(cè)量，無(wú)需在樣品上制備歐姆接觸電極，并觀(guān)察到與電輸運(yùn)測(cè)量一致的結(jié)果以及常規(guī)電輸運(yùn)測(cè)量所不能測(cè)量到的電阻局域化效果，為研究超導(dǎo)材料提供了簡(jiǎn)單測(cè)量方法，為了解超導(dǎo)機(jī)理提供了光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該文章的評(píng)審專(zhuān)家之一對(duì)論文的審稿意見(jiàn)只有一句話(huà)：The paper is very good。

　　以上研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和基金委科學(xué)技術(shù)部的資助。

　　論文鏈接

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圖1. 不同溫度下鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜的近紅外反射光譜。左、右圖分別為[001]和[111]晶向的結(jié)果。

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圖2. 不同波長(zhǎng)的鈦酸鋰超導(dǎo)薄膜反射率隨溫度變化，左、右圖分別為[001]和[111]晶向的結(jié)果。