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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 理學院
  3. 應用物理研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98986
標題: 鉍/鎳雙層薄膜和金/鉍/鎳三層薄膜之超導介面特性研究
Superconducting Interface Properties of Bi/Ni Bilayer Films and Au/Bi/Ni Trilayer Films
作者: 周均澤
Chun-Tse Chou
指導教授: 王立民
Li-Min Wang
關鍵字: NiBi3,第二類超導,釘扎效應,BKT 相變,Hc3,二維材料,拓樸超導體,
NiBi3,Type-II superconductors,Pinning effect,BKT transition,Hc3,Two-dimensional materials,Topological superconductors,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 本研究首先利用磁控濺鍍製備出Bi/Ni雙層薄膜,並確定最佳條件為在基板溫度250˚C濺鍍Ni薄膜和在室溫下濺鍍Bi薄膜,並以80˚C退火。之後製備出Au/Bi/Ni多層薄膜以研究Au層和Bi/Ni雙層薄膜之間的介面。接著使用X光繞射儀(XRD)、穿透式電子顯微鏡(TEM)和能量色散X射線譜(EDS)對樣品進行分析,確認了Bi/Ni雙層薄膜中NiBi3的存在並觀察到Au/Bi/Ni多層薄膜中Au層部分擴散至Bi層中。
接下來取兩個Bi層厚度不同的Bi/Ni雙層薄膜和取兩個Au層厚度不同的Au/Bi/Ni多層薄膜樣品進行電性量測,透過R-T分析得到樣品的H_(c2,⊥) (0)、H_(c2,∥) (0)、ξ_⊥ (0)、ξ_∥ (0)和d_sc值,並且發現樣品Au20/Bi100中出現二次轉變,代表出現了NiBi3以外的未知超導來源;分析表面超導(Hc3)和H_(c2,∥) (0)的比值觀測不同厚度的Bi層和Au層對表面超導的影響;量測釘扎位能U/k_B 對外加磁場H之間的關係以及測量系統的Bereeinskii-Kosterlite-Thouless (BKT)相變來證明樣品(包含未知超導來源)的二維材料特性;量測磁阻發現所有樣品在低溫下具有弱反局域(Weak Anti-Localization,WAL)效應,所有Bi/Ni雙層薄膜在高溫下還同時具有一次方線性不飽和磁阻,證實NiBi3薄膜可能具有二維拓樸超導性質。
This study first prepared Bi/Ni bilayer films using magnetron sputtering, with optimal conditions determined as Ni film deposition at 250°C substrate temperature and Bi film deposition at room temperature, followed by 80°C annealing. Subsequently, Au/Bi/Ni multilayer films were fabricated to investigate the interface between Au layer and Bi/Ni bilayer. Through X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses, the presence of NiBi3 in Bi/Ni bilayer films was confirmed, and partial diffusion of Au layer into Bi layer was observed in Au/Bi/Ni multilayers.
Electrical measurements were conducted on two Bi/Ni bilayer films with different Bi thicknesses and two Au/Bi/Ni multilayers with varying Au thicknesses. R-T analysis revealed parameters including H_(c2,⊥) (0), H_(c2,∥) (0), ξ_⊥ (0), ξ_∥ (0) and d_sc. A secondary transition was observed in the Au20/Bi100 sample, indicating an unknown superconducting source beyond NiBi3. The ratio of surface superconductivity (Hc3) to H_(c2,∥) (0) was analyzed to investigate the influence of Bi and Au layer thicknesses on surface superconductivity. Measurements of pinning potential U/k_B versus magnetic field H and Bereeinskii-Kosterlite-Thouless (BKT) transition characterization demonstrated two-dimensional material properties in all samples (including those with unknown superconducting sources). Magnetoresistance measurements revealed weak antilocalization (WAL) effects at low temperatures in all samples, while Bi/Ni bilayers additionally exhibited linear unsaturated magnetoresistance proportional to the first power at high temperatures, suggesting potential two-dimensional topological superconducting properties in NiBi3 films.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98986
DOI: 10.6342/NTU202504230
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2025-08-21
顯示於系所單位:應用物理研究所

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