替代型 Ga 超掺杂 Ge 外延薄膜中的超导性
介观与纳米尺度物理
2025-12-11 v3 材料科学
摘要
第 IV 族元素中的掺杂诱导超导性可能会在可通过成熟的半导体技术实现的材料系统中实现量子功能。将第 III 族原子非平衡超掺杂到 C、Si 或 Ge 中可以产生超导性；然而，其起源因结构无序和掺杂剂团簇而变得模糊。在此，我们报告了通过分子束外延技术生长超掺杂 Ga:Ge 薄膜和三层异质结构，其具有极端空穴浓度（~cm，约 17.9\% Ga 替代），产生了临界温度 ~K 且在 270~mK 时面外临界磁场为 1~T 的超导性。基于同步辐射的 X 射线吸收和散射方法表明，Ga 掺杂剂以替代方式掺入 Ge 晶格中，给晶体单胞引入了四方畸变。我们的研究结果得到了第一性原理计算的证实，表明 Ga 掺杂剂的结构有序性为 Ge 中超导性的出现创造了窄能带，从而将超掺杂 Ga:Ge 确立为一种低无序、外延的超导体-半导体平台。
引用
@article{arxiv.2412.15421,
title = {Superconductivity in Substitutional Ga-Hyperdoped Ge Epitaxial Thin Films},
author = {Julian A. Steele and Patrick J. Strohbeen and Carla Verdi and Ardeshir Baktash and Alisa Danilenko and Yi-Hsun Chen and Jechiel van Dijk and Frederik H. Knudsen and Axel Leblanc and David Perconte and Lianzhou Wang and Eugene Demler and Salva Salmani-Rezaie and Peter Jacobson and Javad Shabani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.15421},
year = {2025}
}