碳掺杂β-W薄膜的形成机制与电子传输特性研究

《Journal of Alloys and Compounds》：Formation and electronic transport in β-W thin films with carbon doping

本研究发现通过碳（C）掺杂可稳定β-W（A15结构）薄膜，实现从非超导态到超导态（Tc最高达1.8 K）的可控调控。薄膜呈现金属性导电（室温电阻率30-150 μΩ·cm）和纳米尺度无序特征，上临界场符合脏极限WHH模型，为探索外源性无序调控超导机制提供了新范式。

　　

Highlight

我们通过钨靶（80 W）与碳靶（0-40 W）共溅射，在硅基底上成功制备出碳掺杂β-W薄膜。当碳靶功率≥5 W时，样品出现超导转变，T_c随碳含量增加从1.4 K（W-C5）升至1.8 K（W-C40）。有趣的是，具有典型β-W（200）取向的W-C3样品即使低温至0.3 K仍无超导性，表明需要达到纳米尺度无序临界值才能诱发超导。

结论

我们证实室温共溅射可实现（200）取向β-W薄膜的可控制备。低电阻率（~30 μΩ·cm）的β-W样品无超导性，而高碳含量样品呈现T_c提升的超导转变，其上临界场行为符合脏极限WHH模型，相干长度约20 nm，但低于泡利顺磁极限——说明体系处于中度无序超导态而非完全脏极限。