四元拓扑绝缘体Bi2-xSbxTe3-ySey输运性质的研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laowu000001
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拓扑绝缘体是一种体相绝缘,表面态为无带隙金属态的特殊材料。线性色散关系的表面态受着时间反演对称性的保护,表面态上的狄拉克费米子自旋方向和动量方向相互锁定,因此来自于非磁性杂质和缺陷的直接弹性散射被抑制。近几年来,科学家们发现一些传统的材料,例如Bi2Te3和Bi2Se3,是拓扑绝缘体材料。但是大部分时候这些材料的费米面并非处在带隙中间,导致输运性质上还是以体相为主,掩盖掉了表面态的贡献。因此,体相绝缘是拓扑绝缘体应用于微电子器件所必备的特性。为满足这一目的,人们开始广泛的对三元拓扑绝缘体,如Bi2Se2Te,Bi2Te2Se,Bi2-xSbxSe3,Bi2-xSbxTe3进行研究,并且发现这些材料具有良好的体相绝缘性质,从而增强了表面态电导的贡献。近年来,有文章指出四元拓扑绝缘体Bi2-xSbxTe3-ySey(BSTS)也具有极高的体相绝缘性质。并且相比之下,四元拓扑绝缘体的激活能要高于大部分三元拓扑绝缘体。改变元素配比可以有益于减少体相缺陷,从而使得表面态在输运性质中具有更高比例的贡献。  在工作中,参考Ando等人研究成果,在其最优配比附近研究材料的输运性质和结构信息。发现对于Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2无论是在结构信息还是输运性质上都是一个很特殊的组分,各组分物理性质和晶体结构也是彼此相关。并且还发现了当材料组分到达一定程度时,晶体并非呈现单相,这可能是是导致材料出现更高体相载流子浓度的原因。  同样也发现了四元拓扑绝缘体Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2霍尔电阻呈现非线性,利用多通道模型,将总电导分离为三部分:表面态,杂质能带和体相电导贡献。从而得到三个导电通道载流子浓度和迁移率随着温度变化的关系。  最后研究了BSTS纳米片的输运性质,并且发现其磁电阻在零场附近存在一个尖峰,以及无周期磁电阻震荡。零场尖峰一般被认为是弱反局域化所导致的,而震荡由于其具有可重复性,并且震荡幅度也随着温度的升高而减弱,因此可以认为该震荡的来源是普世电导涨落。通过分析可以发现无论是弱反局域化还是普世电导涨落都具有二维输运的特征。
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