中文摘要：

本项目将利用"界面辅助自组装"和激光分子束外延技术制备表面纳米结构，从简单的隔离层纳米结构体系，拓展到有序的高温超导纳米结构阵列；另外，结合电子束刻蚀与纳米加工技术，采用一种"在最后进行薄膜沉积"的制作技术制备高温超导纳米器件，在纳米尺度下构筑高温铜氧化物超导体各种可能的新奇量子态。同时，利用原位超高真空变温STM/STS、自旋极化STM/STS、点接触Andreev反射和A-B量子干涉效应等探测手段对有关纳米结构和器件的特性进行表征；系统地研究纳米结构尺寸变化对条纹相、赝能隙、Tc乃至高温超导相图的影响，揭示由尺寸效应引起的高温超导相图中的各态；实现对条纹相、赝能隙等量子态的直接检测以及对微观奇异相的直接可控研究；利用高温超导纳米器件的特殊结构，探测A-B量子干涉效应及其vison激发等，从实验上验证强关联电子系统中的自旋电荷分离机制，为理论提供更详细的实验证据。

结论摘要：

本课题利用界面辅助自组装和激光分子束外延技术制备了表面纳米结构，从简单的隔离层纳米结构体系，拓展到有序的高温超导纳米结构阵列。制备了高温超导纳米器件。同时，利用原位超高真空STM/STS和输运测量等对有关纳米结构的结构和物理性能进行了表征。获得了如下研究成果 1）利用“界面辅助自组装”和激光分子束外延技术，完成了CeO2隔离层和YBCO高温超导纳米结构的制备和表征，优化了制备工艺。 2）结合电子束刻蚀与纳米加工技术，采用一种“在最后进行薄膜沉积”的制作技术制备了YBCO高温超导纳米结构器件，如纳米线、纳米环、纳米岛等。 3）利用超高真空STM测量了YBCO高温超导纳米结构的低温、外加磁场下的输运性质。研究表明，高温超导纳米结构的超导转变温度Tc随纳米尺寸的减小而降低；随着纳米尺寸的减小，正常态的负磁阻效应增强。分析表明，该负磁阻现象主要是由弹道散射和探针排列等量子相干输运导致的电子弱局域化而引起的。测量了YBCO纳米结构的扫描隧道谱（STS），研究了高温超导纳米结构的配对态对称性、赝能隙等与高温超导机理密切相关的一些基本问题。高温超导纳米结构的扫描隧道谱研究表明其为d波对称、在欠掺杂区有明显的赝隙行为。高温超导体纳米结构的配对态对称性、赝隙行为等一直没有定论，我们的研究结果对这方面的研究具有重要的科学意义。 4）通过XPS、TEM并结合第一性原理计算弄清了LaAlO3/SrTiO3氧化物异质界面二维电子气形成的物理机制。研究表明，二维界面处的La、Ti共存导致了SrTiO3的能带弯曲，传导电子受限于弯曲的量子势阱中，形成了二维电子气。这一发现为LaAlO3/SrTiO3氧化物异质界面二维电子气的起源提供一个新的视角并可能结束关于这一问题长达十年之久的争论。另外，通过极低温、强磁场输运测量证实了(110)LaAlO3/SrTiO3界面存在二维超导电性，超导转变温度在200mK左右。通过R-T和变温V-I测试我们确定了(110)LaAlO3/SrTiO3界面样品的BKT转变温度，估算出了此二维超导体的超导层厚度（18 nm）和相干长度（52 nm）。此界面二维超导电性的证实为研究复杂氧化物界面物理及超导机理提供了新的平台。