单晶铝和镓超掺杂锗中的超导性
材料科学
2019-05-17 v1 应用物理
摘要
IV 族半导体中的超导性对于结合半导体与超导特性的混合器件备受期待。继硼掺杂金刚石和硅之后，镓掺杂 Ge 中已观察到超导性，但所获样品为多晶形式 [Herrmannsdörfer et al., Phys. Rev. Lett. 102, 217003 (2009)]。本文中，我们展示通过离子注入和背面闪光灯退火实现镓或铝超掺杂的单晶 Ge 超导样品。掺入 Ge 替代位的 Al 和 Ga 最大浓度比平衡固溶度高八倍，对应于高于 10^21 cm-3 的空穴浓度。利用局域密度近似下的密度泛函理论和赝势平面波方法，我们表明 p 型 Ge 中的超导性为声子介导。根据第一性原理计算，Al 和 Ga 掺杂 Ge 的超导临界温度在掺杂浓度 6.25 at.% 时约为 0.45 K，与实验值定性相符。
引用
@article{arxiv.1904.06865,
title = {Superconductivity in single-crystalline, aluminum- and gallium-hyperdoped germanium},
author = {Slawomir Prucnal and Viton Heera and René Hübner and Mao Wang and Grzegorz P. Mazur and Michał J. Grzybowski and Xin Qin and Ye Yuan and Matthias Voelskow and Wolfgang Skorupa and Lars Rebohle and Manfred Helm and Maciej Sawicki and Shengqiang Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.06865},
year = {2019}
}
备注
including the suppl. information, 24 pages, accepted at Phys. Rev. Materials