薄膜及其制备方法

本申请涉及薄膜，特别是涉及一种薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、高温超导是凝聚态物理研究中最重要的科学问题之一，对高温超导的研究突破，有望推动未来的量子信息、低功耗器件等领域的重大革命，对电力传输、量子计算、清洁能源、精密测量、数字通讯、医疗设备等领域都具有重要意义。提高超导转变温度，是当前高温超导研究的核心问题之一。使超导现象能够在更高的温度下得以实现，可以使超导材料在实际应用中节省大量资源。合成不同元素组分、不同化学配比、不同结构的新型材料，是寻找更高超导转变温度的途径。

2、在过去的四十年里，人们已经在过渡金属化合物中发现了两类高温超导材料：铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体。除此外，研究人员一直以来也在不断尝试寻找新型高温超导材料。有理论预言，当材料的结构和价电子数与已有高温超导体一致时，则很有可能是新型高温超导材料。自2019年以来，基于理论预言的镍基超导体被成功合成出来，并在高压环境下实现了超过液氮沸点的转变温度。而与之相邻的元素—钴基超导体，目前还没有实现较高的超导转变温度。

3、四方相的钴锑二元化合物薄膜，是目前理论上预言的具有拓扑非平庸能带结构的新型高温超导材料，其在理论上有望实现较高的超导转变温度。然而，这种结构的薄膜在自然界中并不存在，且目前尚未有四方相钴锑二元化合物薄膜相关合成的报道案例。

技术实现思路

1、本申请提供一种薄膜及其制备方法，可以制备合成出大面积连续的四方相的成分为钴锑二元化合物的薄膜，其有望能够作为新型的高温超导材料、拓扑材料而进行实际应用。

2、本申请的第一方面提供了一种薄膜，所述薄膜的成分为钴锑二元化合物，所述钴锑二元化合物具有四方相的晶体结构。

3、在本申请的一些实施方式中，所述薄膜的膜面连续分布。

4、在本申请的一些实施方式中，所述薄膜的厚度为0.3nm~12nm，可选为1nm~5nm。

5、本申请的第二方面提供了一种薄膜的制备方法，包括：

6、在分子束外延真空腔体中，将预热后的钴蒸发源和锑蒸发源进行分子束外延共沉积处理，使钴原子和锑原子共沉积在冷却至200k以下的衬底上，所述衬底具有原子级平整表面；

7、所述共沉积完成后，对恢复至室温的所述衬底进行加热处理，制备所述薄膜。

8、在本申请的一些实施方式中，所述钴原子和所述锑原子共沉积的衬底的冷却温度为0.1k~200k，可选为80k~200k。

9、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

10、（1）所述钴蒸发源的预热温度为1030℃~1150℃；

11、（2）所述锑蒸发源的预热温度为240℃~420℃。

12、在本申请的一些实施方式中，所述原子级平整表面的制备方法包括：

13、在所述分子束外延真空腔体中，将衬底基体进行除气处理，直至腔体恢复至背底真空；

14、将所述除气处理后的所述衬底基体进行退火处理，以使所述衬底基体获得所述原子级平整表面。

15、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

16、（1）所述衬底基体的材料包括钛酸锶；

17、（2）所述衬底基体的沉积所述钴原子和所述锑原子的表面为(001)面；

18、（3）所述除气处理的温度为400℃~750℃；

19、（4）所述退火处理的温度为950℃~1250℃；

20、（5）所述退火处理的时间为2h~10min。

21、在本申请的一些实施方式中，所述分子束外延真空腔体的真空度≤2.0×10-10mbar。

22、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

23、（1）所述加热处理的温度为150℃~250℃；

24、（2）所述加热处理的时间为3h~24h。

25、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

26、（1）所述冷却的方式包括液氮冷却；

27、（2）所述钴蒸发源包括钴单质；

28、可选地，所述钴单质的纯度≥99.99%；

29、（3）所述锑蒸发源包括锑单质；

30、可选地，所述锑单质的纯度≥99.999%。

31、本申请提供的制备方法可以制备合成出大面积连续的四方相的成分为钴锑二元化合物的薄膜，该薄膜有望能够作为新型的高温超导材料而进行实际应用。

技术特征：

1.一种薄膜，其特征在于，所述薄膜的成分为钴锑二元化合物，所述钴锑二元化合物具有四方相的晶体结构。

2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的膜面连续分布。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.3nm~12nm，可选为1nm~5nm。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钴原子和所述锑原子共沉积的衬底的冷却温度为0.1k~200k，可选为80k~200k。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述原子级平整表面的制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

10.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

技术总结
本申请提供一种薄膜及其制备方法，薄膜的成分为钴锑二元化合物，钴锑二元化合物具有四方相的晶体结构。本申请提供的制备方法可制得具有四方相晶体结构的成分为钴锑二元化合物的薄膜，且薄膜具有大面积连续分布的形貌，通过该制备方法制得的钴锑二元化合物的薄膜有望能够成为新型的高温超导材料、拓扑材料。

技术研发人员：李渭,贾桂昊,薛其坤,胡小鹏
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26