Cr摻雜BixSbyTe3,Bi2Se3,Fe摻雜Bi2Se3輸運性質(zhì)的研究.pdf

1、拓?fù)浣^緣體是一種全新的電子態(tài)。像普通的絕緣體一樣，這種材料具有體帶隙，但它的表面態(tài)是受到保護(hù)的導(dǎo)電態(tài)。表面態(tài)與自旋軌道相互作用和時間反演對稱性相關(guān)。二維的拓?fù)浣^緣體是量子自旋霍爾絕緣體。三維的拓?fù)浣^緣體的表面態(tài)具有新奇的自旋極化的二維狄拉克費米子。如果表面態(tài)打開一個能隙，三維的拓?fù)浣^緣體的表面上可以產(chǎn)生新的態(tài)。表面態(tài)在時間反演對稱性受到破壞的情況下將會導(dǎo)致具有新奇的拓?fù)浯烹娦?yīng)的量子霍爾態(tài)。超導(dǎo)能隙可以使其產(chǎn)生具有Majorana費米子

2、的態(tài)。這些奇異的特征都使得拓?fù)浣^緣體在未來的自旋電子學(xué)和量子計算中具有無限的應(yīng)用潛力。也正因為如此，拓?fù)浣^緣體一經(jīng)問世，便引發(fā)了巨大的研究熱潮。
　　本文研究拓?fù)浣^緣體薄膜材料的輸運性質(zhì)，主要研究工作包括:Cr摻雜BixSbyTe3中鐵磁性的研究;Bi2Se3中線性磁阻的研究;Fe摻雜Bi2Se3薄膜的輸運性質(zhì)研究。研究的目的是生長高質(zhì)量的拓?fù)浣^緣體單晶材料，并通過機(jī)械剝離制備薄膜樣品以增大材料表面態(tài)在輸運中的貢獻(xiàn)，研究過渡金屬摻

3、雜拓?fù)浣^緣體材料的鐵磁性的產(chǎn)生機(jī)制及拓?fù)浣^緣體中線性磁阻效應(yīng)的物理機(jī)制。
　　通過研究，主要得到以下結(jié)果:
　　(1)我們進(jìn)行了Cr摻雜BixSbyTe3晶體的輸運測量。使用磁性雜質(zhì)散射模型分析實驗數(shù)據(jù)，我們可以估計Cr摻雜BixSbyTe3晶體的交換相互作用Jpd的數(shù)值。隨著Bi摻雜濃度的增大Jpd逐漸減小。磁性雜質(zhì)散射和聲子效應(yīng)在電阻中起重要作用，當(dāng)樣品中的缺陷增多時，弱局域效應(yīng)變得很重要。我們的結(jié)果表明Cr0.2Bix

4、Sb1.8-xTe3晶體的鐵磁性仍然來自于Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida(RKKY)相互作用。
　　(2)到目前為止，對于拓?fù)浣^緣體的研究主要集中在對新的拓?fù)浣^緣體材料的預(yù)測，使用角分辨光電子能譜儀尋找拓?fù)鋺B(tài)，以及與自旋極化態(tài)相關(guān)的基礎(chǔ)研究。線性磁阻的發(fā)現(xiàn)使得拓?fù)浣^緣體可以用來制作傳感器。我們首先生長塊狀單晶，通過機(jī)械剝離獲得薄膜樣品，研究了拓?fù)浣^緣體Bi2Se3的新奇磁輸運特性。低溫下霍爾電阻對磁場

5、的關(guān)系呈非線性行為，橫向磁阻對磁場的關(guān)系呈線性行為。溫度為2K，磁場強(qiáng)度為5T時，磁阻可以達(dá)到60％;在40K以下，磁阻隨磁場線性變化，并且隨著溫度的變化很小;磁場強(qiáng)度為5T時，磁阻沒有飽和的跡象。當(dāng)溫度高于40K時，磁阻表現(xiàn)為磁場的二次依賴關(guān)系。通過分析我們認(rèn)為拓?fù)浣^緣體Bi2Se3中的線性磁阻與其載流子的遷移率密切相關(guān)。線性磁阻的發(fā)現(xiàn)對拓?fù)浣^緣體的實際應(yīng)用具有重要意義。
　　(3)在3d過渡元素(V, Cr, Mn，F(xiàn)e)摻雜