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Ionic gating in metallic superconductors: A brief review
Nano Express Pub Date : 2021-05-24 , DOI: 10.1088/2632-959x/ac011d
Erik Piatti

Ionic gating is a very popular tool to investigate and control the electric charge transport and electronic ground state in a wide variety of different materials. This is due to its capability to induce large modulations of the surface charge density by means of the electric-double-layer field-effect transistor (EDL-FET) architecture, and has been proven to be capable of tuning even the properties of metallic systems. In this short review, I summarize the main results which have been achieved so far in controlling the superconducting (SC) properties of thin films of conventional metallic superconductors by means of the ionic gating technique. I discuss how the gate-induced charge doping, despite being confined to a thin surface layer by electrostatic screening, results in a long-range ‘bulk’ modulation of the SC properties by the coherent nature of the SC condensate, as evidenced by the observation of suppressions in the critical temperature of films much thicker than the electrostatic screening length, and by the pronounced thickness-dependence of their magnitude. I review how this behavior can be modelled in terms of proximity effect between the charge-doped surface layer and the unperturbed bulk with different degrees of approximation, and how first-principles calculations have been employed to determine the origin of an anomalous increase in the electrostatic screening length at ultrahigh electric fields, thus fully confirming the validity of the proximity effect model. Finally, I discuss a general framework—based on the combination of ab-initio Density Functional Theory and the Migdal-Eliashberg theory of superconductivity—by which the properties of any gated thin film of a conventional metallic superconductor can be determined purely from first principles.



中文翻译:

金属超导体中的离子门控:简要回顾

离子门控是一种非常流行的工具,用于研究和控制各种不同材料中的电荷传输和电子基态。这是因为它能够通过双电层场效应晶体管 (EDL-FET) 架构引起表面电荷密度的大调制,并且已被证明能够调整金属系统的特性. 在这篇简短的评论中,我总结了迄今为止在通过离子门控技术控制传统金属超导体薄膜的超导 (SC) 特性方面取得的主要成果。我讨论了栅极感应电荷掺杂如何,尽管被静电屏蔽限制在薄表面层,通过 SC 冷凝物的相干性质导致 SC 特性的远程“批量”调制,这可以通过观察到比静电屏蔽长度厚得多的薄膜的临界温度抑制以及明显的厚度-它们的大小的依赖性。我回顾了如何根据掺杂电荷的表面层和具有不同近似程度的未扰动体之间的邻近效应对这种行为进行建模,以及如何使用第一性原理计算来确定静电异常增加的起源超高电场下的屏蔽长度,从而充分证实了邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 观察到比静电屏蔽长度厚得多的薄膜的临界温度抑制以及它们的大小与厚度的显着相关性证明了这一点。我回顾了如何根据掺杂电荷的表面层和具有不同近似程度的未扰动体之间的邻近效应对这种行为进行建模,以及如何使用第一性原理计算来确定静电异常增加的起源超高电场下的屏蔽长度,从而充分证实了邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 观察到比静电屏蔽长度厚得多的薄膜的临界温度抑制以及它们的大小与厚度的显着相关性证明了这一点。我回顾了如何根据掺杂电荷的表面层和具有不同近似程度的未扰动体之间的邻近效应对这种行为进行建模,以及如何使用第一性原理计算来确定静电异常增加的起源超高电场下的屏蔽长度,从而充分证实了邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 我回顾了如何根据掺杂电荷的表面层和具有不同近似程度的未扰动体之间的邻近效应对这种行为进行建模,以及如何使用第一性原理计算来确定静电异常增加的起源超高电场下的屏蔽长度,从而充分证实了邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 我回顾了如何根据掺杂电荷的表面层和具有不同近似程度的未扰动体之间的邻近效应对这种行为进行建模,以及如何使用第一性原理计算来确定静电异常增加的起源超高电场下的屏蔽长度,从而充分证实了邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 从而充分证实邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于 从而充分证实邻近效应模型的有效性。最后,我讨论了一个通用框架——基于ab-initio密度泛函理论和 Migdal-Eliashberg 超导理论——通过这些理论,可以完全根据第一原理确定传统金属超导体的任何门控薄膜的特性。

更新日期:2021-05-24
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