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当固体材料的尺寸减小到纳米尺度(0.1nm至100nm)时会表现出区别于体材料的量子效应。因此在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用成为一个新兴的领域，纳米科学。分子束外延设备(MBE)和扫描隧道显微镜(STM)则作为有效地制备和表征纳米材料的手段，在纳米科学领域得到了广泛的应用。本论文的部分工作是开发一套低温强磁场双探针STM和MBE联合系统。这套系统并不仅是MBE的制备功能与STM的表征功能的简单结合。在系统中，笔者不仅引入了低温制冷(可降至液氦温度)和强磁场(可达12特斯拉)的极端条件，还能够进行磁光克尔效应(SMOKE)等光学实验。配合STM双探针结构，笔者研发成功的系统可以在纳米尺度的物性研究方面发挥重要作用。
本论文的另一部分工作是研究纳米尺度下超导体的输运性质。具体包括两个方面：一、超导体和半导体异质结的物性；二、准一维超导体的输运特性。
在n型重掺杂的Si(111)7×7表面上，利用低温MBE生长技术，笔者制备了表面原子级平整的、层厚单原子尺度可控的准二维金属Pb超导薄膜。四极法对Pb/Si异质结的物性测量表明，Pb膜处在超导状态时，Pb/Si异质结会发生奇异的巨磁阻(GMR)现象。在零磁场下，异质结的电阻最大；随着垂直于样品表面的磁场增加，电阻迅速下降，最后达到饱和(基本上不再变化)。这种发生在超导体和半导体异质结(SSJ)中的SSJ-GMR效应很可能在今后的信息技术领域起到重要作用。
超导体的维度减少对超导物性的影响，多年以来一直是研究的热点。本文采用低掺杂的硅(低温下为绝缘体)作为衬底，制备出高质量的Pb单晶薄膜(厚度在10 nm以内)。然后利用FIB技术可将薄膜刻蚀成宽度在百纳米级的纳米带。对这种新型的准一维单晶超导体进行输运测试发现，随着垂直于样品表面的磁场变化，Pb纳米带的电阻出现有趣的振荡行为。笔者将这种振荡归结为磁通运动的结果。这一发现无论在物理上还是在实际应用(如发展量子干涉器件等)中都有着重要意义。