拓?fù)浣^緣體薄膜輸運(yùn)特性研究.pdf

1、三維拓?fù)浣^緣體是中新的量子物質(zhì)形態(tài)。其體內(nèi)是有能隙的絕緣體，表面具有單一的自旋極化的狄拉克錐表面態(tài)，這種無能隙的金屬表麗態(tài)的存在是受時(shí)間反演對稱性所保護(hù)的，不會(huì)被非磁性雜質(zhì)帶來的無序破壞。拓?fù)浣^緣體的研究對探索和發(fā)現(xiàn)新的量予現(xiàn)象具有重要的意義，并在未來自旋電子學(xué)器件和拓?fù)淞孔佑?jì)算方面具有潛在的應(yīng)用。
　　 本論文主要研究用分子束外延方法在鈦酸鍶襯底上生長的拓?fù)浣^緣體單晶薄膜Bi2Se3和(Bi1-xSbx)2Te3的輸運(yùn)性質(zhì)。薄

2、膜材料的生長。結(jié)構(gòu)表征及其電子輸運(yùn)性質(zhì)的測量是器件研究的基礎(chǔ)。論文主要包括兩個(gè)方麗的工作。一方面是對不同厚度的Bi2Se3薄膜在傾斜磁場下的輸運(yùn)性質(zhì)做了系統(tǒng)的研究，排除了塞曼效應(yīng)影響低場磁輸運(yùn)的可能性，為使用單粒子Hikami-Larkin-Nagaoka(HLN)公式分析磁電導(dǎo)數(shù)據(jù)的正確性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；并且通過分析面內(nèi)磁電導(dǎo)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)厚度效應(yīng)是導(dǎo)致低場下磁電導(dǎo)效應(yīng)的主要物理機(jī)理。另一方面是系統(tǒng)地研究了不同組分下的(Bi1-xSbx)

3、2Te3薄膜的輸運(yùn)性質(zhì)，找到了載流子濃度最低的最優(yōu)化配比范圍(X=0.4～0.6)，并且通過背柵的調(diào)控，載流子類型完全由n轉(zhuǎn)變成p型，此薄膜體系為探測三維拓?fù)浣^緣體表面態(tài)的本征輸運(yùn)性質(zhì)提供了一個(gè)較理想的平臺(tái)。
　　 本論文共分為五章。
　　 第一章是關(guān)于拓?fù)浣^緣體這一新領(lǐng)域在實(shí)驗(yàn)方面的研究進(jìn)展。主要介紹了用角分辨光電子能譜(ARPES)、掃描隧道顯微鏡/掃描隧道潛(STM/STS)和電子輸運(yùn)測量三種實(shí)驗(yàn)手段來探測拓?fù)浣^緣

4、體的表面態(tài)。
　　 第二章介紹用分子束外延的方法在鈦酸鍶襯底上生長了表麗平整有序的Bi2Se3和(Bi1-xSbx)2Te3拓?fù)浣^緣體單晶薄膜，并借助微加工手段將薄膜制備戰(zhàn)適用于輸運(yùn)測量的標(biāo)準(zhǔn)的霍爾器件。最后介紹了低溫輸運(yùn)測量系統(tǒng)以及測量方法。
　　 第三章主要是關(guān)于不同厚度的Bi2Se3薄膜在傾斜磁場下的輸運(yùn)性質(zhì)的系統(tǒng)研究。傾斜磁場下的磁電導(dǎo)不能由垂直場的貢獻(xiàn)和平行場的貢獻(xiàn)簡單的相加得到，從而排除了塞曼效應(yīng)對低場磁輸運(yùn)