MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

摘要

MgB2作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体,由于其具有结构简单、相干长度长、晶界间不存在弱连接、上临界场很高、电-声散射时间短等特点,M Gb2超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景.拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法,且已广泛用于分析M Gb2材料的电子、声子特征以及超导体能带结构,研究表明,样品质量、晶粒尺寸以及测试条件对M Gb2拉曼峰的峰位和峰形影响很大,其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,但目前关于M Gb2变温拉曼光谱的研究,测试的温度范围相对较小,局限在83 K到室温区域或是转变温度附近.研究了大范围温度区间内M Gb2薄膜的拉曼光谱变化,采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了M Gb2多晶薄膜,薄膜的晶粒尺寸约为300 nm,超导转变温度为39.3 K,对其在10～293 K之间的拉曼光谱进行了测试,测量的波数范围为20～1200 cm-1.变温拉曼光谱的测试结果显示,在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在M Gb2的拉曼峰.经分析,低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应,表明M Gb2的双能隙特性.考虑到M Gb2中四种声子模式的拉曼活性,高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E2g振动模所贡献的,且随着测试温度的降低,该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移,但半高宽显著变小,从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155.7 cm-1,分析表明E2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因.