场效应管栅压调控对(Li,Fe)OHFeSe和FeSe超导电性及相变的影响研究.docxVIP

场效应管栅压调控对(Li,Fe)OHFeSe和FeSe超导电性及相变的影响研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

超导材料，作为一类在特定条件下展现出零电阻和完全抗磁性的特殊材料，自1911年被发现以来，一直是凝聚态物理领域的研究焦点。超导现象的出现，打破了人们对传统电学和磁学的认知，为科学研究和技术应用开辟了全新的道路。其独特的物理性质，如零电阻特性使得电流在传输过程中几乎没有能量损耗，完全抗磁性则能实现磁悬浮等奇妙现象，使其在能源电力、交通运输、医疗健康、精密测量等众多领域展现出巨大的应用潜力。

在能源电力领域，超导电缆的应用可以大幅降低输电过程中的能量损耗，提高能源传输效率，对于构建高效、稳定的智能电网具有重要意义；在交通运输方面，超导磁悬浮列车利用超导材料的强磁场特性，实现了高速、低能耗的运行，为未来城市交通的发展提供了新的方向；在医疗健康领域，超导材料在磁共振成像（MRI）设备中的应用，显著提高了成像的分辨率和准确性，有助于疾病的早期诊断和治疗；在精密测量领域，超导量子干涉器件（SQUID）能够探测到极其微弱的磁场变化，为地质勘探、生物医学研究等提供了高精度的测量手段。

然而，超导材料的实际应用仍然面临诸多挑战，其中超导转变温度（Tc）较低是最为关键的问题之一。目前大多数超导材料需要在极低的温度下（如液氦温度4.2K以下）才能表现出超导特性，这不仅增加了制冷成本和技术难度，还限制了其应用范围。因此，寻找具有更高超导转变温度的新型超导材料，或者通过有效的手段调控现有超导材料的超导电性，成为了超导领域研究的核心目标。

场效应管栅压调控技术作为一种新兴的材料性能调控方法，为探索超导材料的超导电性及相变提供了独特的视角和有力的工具。场效应管利用电场效应来控制半导体中电流的流动，通过在栅极施加电压，可以改变材料表面的电荷分布和电子态，从而实现对材料电学、磁学等物理性质的有效调控。将场效应管栅压调控技术应用于超导材料研究中，能够在不改变材料化学成分的前提下，精确地调节材料的载流子浓度、电子结构和晶格参数等，进而深入研究这些因素对超导电性及相变的影响机制。

对于(Li,Fe)OHFeSe和FeSe这两种典型的铁基超导材料，场效应管栅压调控技术具有重要的研究价值。(Li,Fe)OHFeSe作为一种具有较高超导转变温度的铁基超导材料，其超导电性与晶体结构、电子态以及元素组成密切相关。通过场效应管栅压调控，可以精确地改变材料表面的电子结构和载流子浓度，研究其对超导转变温度、临界电流密度等关键超导性能的影响。同时，FeSe作为一种简单的铁基超导材料，其超导机制尚不完全明确。利用场效应管栅压调控技术，可以在FeSe薄膜或体材料表面引入不同的电荷密度，探索电子-电子相互作用、电子-声子相互作用等在超导转变过程中的作用机制，为揭示铁基超导材料的超导机理提供重要的实验依据。

本研究旨在深入探究场效应管栅压调控(Li,Fe)OHFeSe和FeSe超导电性及相变的规律和机制，具有重要的理论意义和实际应用价值。在理论方面，通过系统研究栅压调控下材料的超导电性及相变行为，可以进一步完善超导理论，揭示超导材料中电子配对、量子涨落等微观物理过程，为新型超导材料的设计和开发提供理论指导。在实际应用方面，若能通过场效应管栅压调控实现对超导材料超导电性的有效增强和调控，将为超导材料在能源、交通、医疗等领域的广泛应用提供技术支持，推动相关产业的发展和变革。

1.2超导电性及相变理论基础

1.2.1超导电性基本理论

超导电性是指材料在特定条件下电阻突然消失，呈现出零电阻和完全抗磁性的奇特性质。1911年，荷兰物理学家海克?卡末林?昂尼斯（HeikeKamerlinghOnnes）在研究汞的低温电阻特性时，首次发现当温度降至4.2K左右时，汞的电阻突然降至仪器测量精度以下，几乎为零，这一现象标志着超导电性的发现，昂尼斯也因这一重大发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。随后，人们又发现了许多其他金属单质和化合物在低温下也具有超导电性。

超导体的基本特性主要包括零电阻效应和迈斯纳效应。零电阻效应是超导体最直观的特性，当超导体处于超导态时，其内部的电阻为零，电流可以在其中无损耗地持续流动。理论上，通过超导环的电流可以永不衰减，这一特性使得超导体在电力传输、超导磁体等领域具有巨大的应用潜力。例如，超导电缆可以实现无电阻输电，大大降低了输电过程中的能量损耗，提高了能源利用效率；超导磁体能够产生强磁场，广泛应用于磁共振成像（MRI）、粒子加速器等设备中。

迈斯纳效应则是超导体的另一个重要特性，它表明超导体在超导态下会将体内的磁通线全部排出，使超导体内部的磁感应强度始终为零，且这一特性与降温和加磁场的先后顺序无关。这