外延 NbN 薄膜的超导性质与霍尔效应

我们测量了一系列在不同条件下通过反应磁控溅射生长在 (100) 取向单晶 MgO 衬底上的外延 NbN 薄膜的磁输运性质和霍尔效应。霍尔效应测量表明，NbN 薄膜中的载流子密度对生长条件敏感。载流子密度在具有最高正常态电阻率（$\rho_n \sim 3.83 \mu\Omega\cdot{\rm m}$）和最低转变温度（$T_c \sim 9.99 {\rm K}$）的薄膜与具有最低正常态电阻率（$\rho_n \sim 0.94 \mu\Omega\cdot{\rm m}$）和最高转变温度（$T_c \sim 16.11 {\rm K}$）的薄膜之间增加了 3 倍，而载流子迁移率除在电阻率最高的薄膜中外没有显著变化。我们的结果表明，NbN 的 $T_c$ 主要由载流子密度而非无序散射决定。通过在生长过程中改变载流子浓度，我们可以将有效无序（$k_F l$）从中等清洁极限调节到脏极限，这使得该系统成为研究载流子密度与无序对 s 波超导体超导性质相互作用的理想体系。