拓撲絕緣體薄膜輸運特性研究.pdf

1、三維拓撲絕緣體是中新的量子物質形態(tài)。其體內是有能隙的絕緣體，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)的存在是受時間反演對稱性所保護的，不會被非磁性雜質帶來的無序破壞。拓撲絕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器件和拓撲量子計算方面具有潛在的應用。
　　 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撲絕緣體單晶薄膜Bi2Se3和(Bi1-xSbx)2Te3的輸運性質。薄

2、膜材料的生長。結構表征及其電子輸運性質的測量是器件研究的基礎。論文主要包括兩個方麗的工作。一方面是對不同厚度的Bi2Se3薄膜在傾斜磁場下的輸運性質做了系統(tǒng)的研究，排除了塞曼效應影響低場磁輸運的可能性，為使用單粒子Hikami-Larkin-Nagaoka(HLN)公式分析磁電導數(shù)據(jù)的正確性提供了堅實的基礎；并且通過分析面內磁電導數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)厚度效應是導致低場下磁電導效應的主要物理機理。另一方面是系統(tǒng)地研究了不同組分下的(Bi1-xSbx)

3、2Te3薄膜的輸運性質，找到了載流子濃度最低的最優(yōu)化配比范圍(X=0.4～0.6)，并且通過背柵的調控，載流子類型完全由n轉變成p型，此薄膜體系為探測三維拓撲絕緣體表面態(tài)的本征輸運性質提供了一個較理想的平臺。
　　 本論文共分為五章。
　　 第一章是關于拓撲絕緣體這一新領域在實驗方面的研究進展。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)和電子輸運測量三種實驗手段來探測拓撲絕緣

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拓撲絕緣體單晶薄膜，并借助微加工手段將薄膜制備戰(zhàn)適用于輸運測量的標準的霍爾器件。最后介紹了低溫輸運測量系統(tǒng)以及測量方法。
　　 第三章主要是關于不同厚度的Bi2Se3薄膜在傾斜磁場下的輸運性質的系統(tǒng)研究。傾斜磁場下的磁電導不能由垂直場的貢獻和平行場的貢獻簡單的相加得到，從而排除了塞曼效應對低場磁輸運