基板温度对FeSe超导薄膜生长机制的影响

摘要 在所有铁基超导体（IBSs）中，Fe-硫族化物（Fe-Ch）具有结构简单、无毒性、低各向异性以及高场应用潜力的优点。制备Fe-Ch薄膜的最有效方法之一是脉冲激光沉积（PLD）。然而，铁与硫族元素（S、Se、Te）之间显著的挥发性差异对高质量薄膜生长构成了挑战，这影响了从靶材到基板的化学计量转移，从而影响超导性。目前，对于Fe-Ch薄膜生长机制与制备条件之间相关性的研究有限，特别是在解释沉积过程中硫族元素的挥发性方面。从技术上讲，PLD提供了多种可调参数，其中基板温度（Ts）是影响薄膜质量的最关键因素。它控制基板上的颗粒行为，包括吸附、扩散、结合反应、结晶过程，同时也强烈影响挥发速率。在本研究中，我们使用PLD在25 ℃至750 ℃不同Ts下制备了一系列FeSe薄膜。我们详细揭示了Se挥发和Fe/Se反应结晶之间竞争过程对薄膜质量的影响。最佳薄膜在Ts=500 ℃时获得，组成比为Fe1.01Se。我们还研究了Ts与薄膜结晶性、表面形貌之间的相关性，以及它们对超导性的影响。此外，我们简要分析了在最佳Ts下生长的FeSe薄膜中的钉扎机制。我们的结果提供了关于FeSe薄膜生长机制的可靠实验证据，同时揭示了Ts如何影响薄膜质量和性能的全面见解。