We report the growth of single-crystalline Bi2Se3 nanoribbons with lengths up to several millimeters via a catalyst-free physical vapor deposition method. Scanning transmission electron microscopy analysis reveals that the nanoribbons grow along the (1120) direction. We obtain a detailed characterization of the electronic structure of the Bi2Se3 nanoribbons from measurements of Shubnikov-de Haas (SdH) quantum oscillations. Angular dependent magneto-transport measurements reveal a dominant two-dimensional contribution originating from surface states and weak contribution from the bulk states. The catalyst-free synthesis yields high-purity nanocrystals enabling the observation of a large number of SdH oscillation periods and allowing for an accurate determination of the pi-Berry phase, one of the key features of Dirac fermions in topological insulators. The long-length nanoribbons can empower the potential for fabricating multiple nanoelectronic devices on a single nanoribbon.
Gate-induced decoupling of surface and bulk state properties in selectively-deposited Bi$_2$Te$_3$ nanoribbons
三维拓扑绝缘体（TI）在与平凡绝缘体的界面处具有螺旋狄拉克表面态。在准一维TI纳米结构中，表面电荷的波函数沿纳米结构的周界相相干地延伸，导致横向表面模式的量子化。此外，由于固有的自旋-动量锁定导致自干扰载流子的$π$的Berry相位偏移，在表面态色散内出现能隙，并且所有状态变为自旋简并。我们研究和比较选择性沉积的Bi $_2$ Te $_3$ TI微纳米结构中的磁场依赖的表面态色散，通过分析在低温下的栅电压依赖的磁导。虽然在宽microrirons设备中的场效应主要改变接近顶面的体电荷的量，我们确定响应于顶栅电位的变化的沿nanorirons设备的周边的相干横向表面状态。我们量化这些量化的横向子带之间的能量间距，通过使用静电模型，治疗的载流子密度的顶部和底部表面上的初始差异，以及剩余的散装电荷。在栅极电压相关的MEMS中，我们发现振荡改变其相对相位由$π$在半整数值的磁通量量子施加同轴的纳米晶，这是一个签名的磁通量相关的拓扑相变在狭窄的，选择性沉积的TI纳米晶器件。
Electronic properties of one-dimensional nanostructures of the Bi$_2$Se$_3$ topological insulator
我们从理论上研究了典型的块体拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的一维纳米结构的电子结构和自旋性质。实验观察到的Bi $_2$ Se $_3$纳米线和纳米带的现实模型被认为是使用紧束缚方法。在低能量下，能带结构由一系列均匀间隔的简并子带组成，这些子带是由拓扑表面态的周向限制引起的。由于非平凡的$π$ Berry相位的直接带隙显示出明显的依赖于周长。拓扑表面状态的自旋-动量锁定导致围绕圆周的显著的2 $π$自旋旋转，其中自旋极化的程度取决于沿着纳米结构的动量。总的来说，纳米带的能带结构和自旋织构更复杂，暴露出两个不同的小面。降维的影响合理化的帮助下，一个简单的模型，认为圆周量子化的拓扑表面状态。此外，由电流沿纳米结构诱导的表面自旋密度显示出对电荷载流子能量的明显振荡依赖性，这可以在自旋电子学应用中被利用。
Anomalous Aharonov-Bohm conductance oscillations from topological insulator surface states
研究了拓扑绝缘体纳米线在沿其长度方向施加磁场时的输运性质。我们预测，与强表面无序，一个特征签名的带拓扑结构中透露的Aharonov玻姆（AB）振荡的电导。这些振荡具有异常周期$Φ_0=hc/e$的分量，并且在$\frac12Φ_0$的奇数倍处具有电导最大值，即当表面电子的AB相是$π$时。这与能带拓扑和表面曲率诱导的Berry相密切相关，特别是对于拓扑绝缘体表面。我们讨论了最近的实验上的Bi $_2$ Se $_3$纳米带的相似性和差异，并观察这种效果的最佳条件。
