Cu/Cu$_{\rm{2}}$O界面超导性及其对环境电场屏蔽的影响

本文提出了一个模型，用于描述半导体-金属界面上的二维超导性，该超导性由半导体中电活性界面电荷与金属中屏蔽电荷之间的库仑相互作用介导。所考虑的结是Cu上的原生Cu$_{\rm{2}}$O，其中形成了一个面密度为$n$的界面双电荷层，该层由Cu$_{\rm{2}}$O中的超导空穴和Cu中的中介电子组成，其产生与吸附的$^{\rm{4}}\rm{He}$原子亚单层成比例。在对先前发表的功函数数据的新分析中，揭示了先前暴露于空气的铜上存在超导性的证据。基于为层状超导体发展的理论，本征转变温度$T_{\rm{C}}$ = $\beta$ $n$$^{\rm{1/2}}$/$\zeta$ 由$n$和电荷层之间的横向距离$\zeta$ $\simeq$ 2.0 $\rm{\r{A}}$决定；$\beta$ = 1.933(6) $e$$^{\rm{2}}$$\bar{\lambda}$$_{\rm{C}}$/k$_{\rm{B}}$ = 1247.4(3.7) K-$\rm{\r{A}}$$^{\rm{2}}$ 是一个普适常数，涉及电子的约化康普顿波长$\bar{\lambda}$$_{\rm{C}}$。该模型被应用于理解Witteborn-Fairbank引力电子自由落体实验中报告的铜功函数斑块和引力压缩电场的屏蔽。具有$n$ $\simeq$ 1.6 $\times$ 10$^{\rm{12}}$ $\rm{cm}^{\rm{-2}}\rm{,}$ $T_{\rm{C}}$ $\simeq$ 7.9 K和Berezinski\u{i}-Kosterlitz-Thouless温度$T_{\rm{BKT}}$ $\simeq$ 4.4 K的界面超导性解释了在温度$T$ $\simeq$ 4.2 K下观察到的屏蔽现象。氦脱附以及随之而来的$n$和$T_{\rm{C}}$的降低，复现了Lockhart等人观察到的下落电子上环境电场的温度转变，以及超导性在$T$ $\simeq$ 4.8 K以上消失的现象。