【摘 要】
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铌（Nb）是第二类低温超导体。Nb薄膜和纳米结构中存在着丰富的物理现象,如连续的涡旋玻璃化转变和费米液体金属中的多体关联现象。实验证明低温超导体与高温超导体在涡旋相变性质存在很多相似之处,但是也存在许多不同的地方。同时,钉扎缺陷会破坏磁通晶格,Nb膜的涡旋相变性质因此可能会受到低维尺寸效应的影响,但这方面的研究仍然不多。另外,Nb膜中的杂质缺陷,特别是磁性杂质的存在会在金属Nb膜中产生近藤效应。研
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铌（Nb）是第二类低温超导体。Nb薄膜和纳米结构中存在着丰富的物理现象,如连续的涡旋玻璃化转变和费米液体金属中的多体关联现象。实验证明低温超导体与高温超导体在涡旋相变性质存在很多相似之处,但是也存在许多不同的地方。同时,钉扎缺陷会破坏磁通晶格,Nb膜的涡旋相变性质因此可能会受到低维尺寸效应的影响,但这方面的研究仍然不多。另外,Nb膜中的杂质缺陷,特别是磁性杂质的存在会在金属Nb膜中产生近藤效应。研究超导体中超导特性和近藤效应的竞争过程有利于进一步理解费米液体金属中的多体关联现象。但是Nb的熔点高达2468摄氏度,用常规合金熔炼的方法很难在Nb中精确掺杂磁性杂质,这导致Nb相关的近藤效应研究报道极少,研究结论不具有普遍性。针对以上两个问题,本文首先研究了不同尺寸Nb膜的Ⅰ-Ⅴ特性,以揭示低维尺寸效应对Nb膜超导特性的影响。然后本文设计了接触扩散合金化的方法,在Nb膜中可控地掺入了不同浓度的Fe杂质,系统地研究了其超导特性和近藤效应的竞争过程。具体研究结果如下:（1）在不同外加磁场下（B=1 T,0.6 T,0.2 T）,研究了尺寸分别为10μm和5 μm Nb膜的Ⅰ-Ⅴ特性。10 μm和5 μm样品的实验结果表明,在某一个温度附近会出现反向的Ⅰ-Ⅴ曲率,这证明Nb膜发生了从涡旋液态到涡旋玻璃态的相变过程。通过对不同温度下Nb膜的Ⅰ-Ⅴ曲线进行涡旋玻璃标度理论分析,发现10 μm和5 μm样品的涡旋玻璃化转变特征具有普适性。进一步对比10 μm和5 μm样品的结果,发现尺寸效应会影响涡旋相变出现的临界温度和磁场。但是300nm样品的超导特性出现异常,进一步分析可能是样品在聚焦离子束（FIB）过程中样品氮化和Nb+Ga合金化带来了影响。（2）通过接触扩散合金化的方法,将Nb膜与Fe接触后在氮气或氩气中退火,在Nb膜中掺入Fe杂质,研究了其电学输运反常现象。结果表明,纯Nb膜样品在8.9 K附近表现出单一的超导转变。将样品在氮气或氩气中经过不同温度退火后,发现样品在经过300℃和400℃温度下退火60分钟后,超导转变温度被抑制在8.9 K以下。此外,在500℃和600℃温度下退火60分钟样品的超导转变温度被抑制在2 K以下。从400℃退火的样品中发现,超导电性和近藤效应共存。我们发现变化退火时间同样会出现这样的现象,并且它们的R-T曲线在高磁场下都出现了电阻最小值。这样的电阻最小值现象一直持续到高磁场8.5 T,并且R-T曲线都可以用Kondo模型和数值重整化群（NRG）理论很好的拟合。我们把这种反常的电学输运性质归因于近藤效应。这证明了在退火的过程中有大约单个的铁原子扩散到了 Nb膜中。本文的结果还为高熔点金属中近藤效应的研究提供了一种新的方法。
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