三元拓扑绝缘体Bi_2Te_2Se纳米结构的可控生长
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- 英文论文题名：Controlled Epitaxial Growth of Ternary Topological Insulator Bi_2Te_2Se Nanostructures
- 论文作者：刘玉静 ; 刘忠范 ; 彭海琳
- 英文论文作者：Yujing Liu ; Zhongfan Liu ; Hailin Peng ; Center for Nanochemistry ; College of Chemistry and Molecular Engineering ; Peking University
- 年：2016
- 作者机构：北京大学化学与分子工程学院;
- 论文关键词：Bi_2Te_2Se ; 三元拓扑绝缘体 ; 范德华外延 ; 纳米结构
- 会议召开时间：2016-07-01
- 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十一分会：纳米材料与器件
- 语种：中文
- 分类号：O614.532;TB383.1
- 学会代码：ZGHY
- 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第四十一分会 ; 纳米材料与器件
- 会议地点：中国辽宁大连
- 主办单位：中国化学会
- 学会名称：中国化学会
- 页数：1
- 文件大小：148k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
近年来,拓扑绝缘体作为一类具有特殊能带结构的量子材料而受到广泛关注~[1]。它具有绝缘性体相能带结构和受拓扑保护的金属表面态导电通道,位于表面态上的狄拉克费米子可形成高迁移率、低能耗、拓扑保护的表面自旋流,不仅为基础科学问题研究提供了很好的材料平台,也在自旋电子学等方面具有重要的潜在应用价值~[2]。困扰拓扑绝缘体相关基础研究和实际应用的一个首要难题在于高质量本征材料的制备。目前得到的三维拓扑绝缘体材料其体相能带结构均被严重掺杂,因此导致表面态导电性被体态电流严重掩盖。我们基于对拓扑绝缘体晶体结构和相关材料缺陷类型的分析~[3],合成了Bi_2Te_2Se三元合金体相单晶材料,晶体结构上Te-Bi-Se-Bi-Te的有序排列减少了材料本征缺陷,并通过"范德华外延"方法得到二维纳米结构以增大其比表面积,进一步凸显其表面态导电性。目前能够可控制备畴区尺寸在50微米以上,厚度在2-10层的纳米薄片,进一步通过控制Bi_2Te_2Se在云母基底上的成核位点得到图案化的Bi_2Te_2Se二维结构阵列。我们还在云母基底上直接构筑了Bi_2Te_2Se霍尔结构器件,并研究其低温量子输运性质。
Topological insulators(TIs) are star materials in condensed matter physics and nano-electronics. Similar to the well-studied binary TI Bi_2Se_3, ternary TI Bi_2Te_2Se possesses ordered crystal structure and analogously simple energy band structure, turns to displaying more insulating behaviors in the transport measurements, which sets the possibility to highlight the exotic topological surface states. Here we present the precisely controlled epitaxial growth of well-orientated Bi_2Te_2Se nanoplates on transparent flexible mica substrates for the first time. High carrier mobility and quantum effect at low temperature are clearly observed. Our well-synthesized ternary TI Bi_2Te_2Se nanostructures are promising for potential applications in next generation spintronics.
Topological insulators(TIs) are star materials in condensed matter physics and nano-electronics. Similar to the well-studied binary TI Bi_2Se_3, ternary TI Bi_2Te_2Se possesses ordered crystal structure and analogously simple energy band structure, turns to displaying more insulating behaviors in the transport measurements, which sets the possibility to highlight the exotic topological surface states. Here we present the precisely controlled epitaxial growth of well-orientated Bi_2Te_2Se nanoplates on transparent flexible mica substrates for the first time. High carrier mobility and quantum effect at low temperature are clearly observed. Our well-synthesized ternary TI Bi_2Te_2Se nanostructures are promising for potential applications in next generation spintronics.
引文
[1]C.L.Kane;E.J.Mele.Phys.Rev.Lett.2005,95:146802.
[2]Peng,H.L.;Dang,W.H.;Cao,J.;Chen,Y.L.;Wu,W.;Zheng,W.S.;Li,H.;Shen,Z.X.;Liu,Z.F.Nature Chem.2012,4:281.
[3]Ren Z.;A.Taskin;S.Sasaki;K.Segawa;Y.Ando.Phys.Rev.B.2010,82:241306.
[2]Peng,H.L.;Dang,W.H.;Cao,J.;Chen,Y.L.;Wu,W.;Zheng,W.S.;Li,H.;Shen,Z.X.;Liu,Z.F.Nature Chem.2012,4:281.
[3]Ren Z.;A.Taskin;S.Sasaki;K.Segawa;Y.Ando.Phys.Rev.B.2010,82:241306.