提出了一种新的方法制备横向长度为厘米级的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$薄膜。为了制备非晶Bi $_2$ Se $_3$薄膜,我们在室温下使用连续闪蒸方法。透射电子显微镜已被用来验证,所制备的样品是在一个纯的非晶态。在退火过程中,样品转变为菱方晶系的Bi $_2$ Se $_3$晶体结构,X射线衍射和拉曼光谱证实了这一点。的非晶薄膜的电阻测量显示预期的莫特可变范围跳跃导电过程中,具有高的电阻率相比,在结晶相(金属行为)中获得的。在2 ~ 275 K的温度范围内测量了样品的磁电阻(MR)和霍尔效应(HE)。在温度$T \lesssim 50$ K和磁场$B \lesssim 1$ T下,我们观察到MR中的弱反定域;霍尔测量证实了样品的n型特征。我们的薄膜的所有实验结果与使用更复杂的方法制备的样品的结果定量一致。
英文摘要:
We present a new method to obtain topological insulator Bi$_2$Se$_3$ thin films with a centimeter large lateral length. To produce amorphous Bi$_2$Se$_3$ thin films we have used a sequential flash-evaporation method at room temperature. Transmission electron microscopy has been used to verify that the prepared samples are in a pure amorphous state. During annealing the samples transform into the rhombohedral Bi$_2$Se$_3$ crystalline strcuture which was confirmed using X-ray diffraction and Raman spectroscopy. Resistance measurements of the amorphous films show the expected Mott variable range hopping conduction process with a high specific resistance compared to the one obtained in the crystalline phase (metallic behavior). We have measured the magnetoresistance (MR) and the Hall effect (HE) at different temperatures between 2 K and 275 K. At temperatures $T \lesssim 50$ K and fields $B \lesssim 1$ T we observe weak anti-localization in the MR; the Hall measurements confirm the n-type character of the samples. All experimental results of our films are in quantitative agreement with results from samples prepared using more sophisticated methods.
到目前为止,材料的拓扑性质与其晶体结构的特征相关联,尽管平移对称性不是拓扑相的明确要求。最近对随机格点上跳跃模型的研究表明,无定形模型系统具有非平凡拓扑。使用{ \it ab initio}计算,我们表明,二维非晶材料也可以显示拓扑绝缘体属性。更具体地说,我们提出了一个现实的国家的最先进的研究非晶铋系统的电子和输运性质,表明这些材料是拓扑绝缘体。这些系统的特点是由拓扑指数$\mathbb{Z}_{2}=1$和散装边缘的对偶性,和他们的线性电导量子化,${\cal G}=2e^{2}/h$,费米能量的拓扑间隙内。我们的研究为非晶拓扑绝缘体材料的实验和理论研究开辟了道路。
An ab initio investigation of Bi$_2$Se$_3$ topological insulator deposited on amorphous SiO$_2$
我们使用第一性原理模拟研究了沉积在非晶SiO2上的Bi $_2$ Se $_3$薄膜的拓扑性质,Bi $_2$ Se $_3$ /a-SiO $_2$,这是一种有前途的拓扑绝缘体(TI)基器件应用的衬底。Bi $_2$ Se $_3$薄膜与a-SiO $_2$通过范德华力相互作用形成键合。在与衬底相互作用时,Bi $_2$ Se $_3$拓扑表面和界面态仍然存在,但是Dirac-like锥之间的简并被破坏。两个Dirac-like锥之间的能量分离随着沉积在衬底上的Bi $_2$ Se $_3$五重层(QL)的数量而增加。这种简并断裂是由(i)从TI到衬底的电荷转移和沿着Bi $_2$ Se $_3$ QL的电荷再分布,以及(ii)与a-SiO $_2$衬底接触的QL的变形引起的。我们还研究了在a-SiO $_2$上的氧空位(V $_O$)所起的作用,它增加了两个Dirac-like锥之间的能量分裂。最后,通过对Bi $_2$ Se $_3$ /a-SiO $_2$的电子结构进行映射,我们发现,即使在V $_O$的存在下,a-SiO $_2$表面态也对Bi $_2$ Se $_3$的电子输运性质起次要作用。
Determination of the Interface between Amorphous Insulator and Crystalline 4H-SiC in Transmission Electron Microscope Image by using Convolutional Neural Network
Advanced Power Electronics Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)(先进电力电子研究中心,产业技术综合研究所(AIST));Global Zero Emission Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)(全球零排放研究中心,产业技术综合研究所(AIST))
Absence of evidence of spin transport through amorphous Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$
最近报道了非长程磁序绝缘体中自旋信息的长程输运。在这里,我们执行一个完整的表征非晶Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(a-YIG)的SiO $_2$顶部生长的薄膜。我们证实了一个明确的非晶结构和顺磁行为的a-YIG薄膜,与半导体行为的电阻率,强烈衰减随着温度的升高。非局域输运测量显示出与自旋输运不兼容的信号,并且可以归因于焦耳加热引起的a-YIG电阻率的下降。我们的研究结果强调,探索自旋输运在非晶材料需要仔细的程序,以排除从自旋输运信号的电荷贡献。
Local insulator-to-superconductor transition in amorphous InO$_x$ films modulated by e-beam irradiation
QMatterPhotonics, Departamento de Fı́sica de Particulas, Universidade de Santiago de Compostela(圣地亚哥-德孔波斯特拉大学量子物质光子学粒子物理系);iMATUS, Universidade de Santiago de Compostela(圣地亚哥-德孔波斯特拉大学 iMATUS 研究中心)
Robust topological surface states of Bi2Se3 thin films on amorphous SiO2/Si substrate and a large ambipolar gating effect
拓扑绝缘体(TI)的出现促使人们在各种衬底上生长TI薄膜。然而,人们对拓扑表面态(TSS)对来自基底的失调和其他有害影响的鲁棒性知之甚少。在这里,我们报告观察到一个定义良好的TSS Bi 2Se 3薄膜上生长的非晶SiO2(a-SiO2)衬底和一个大的门控效应,这些薄膜使用下面的掺杂硅衬底作为背栅。a-SiO2上的薄膜由c轴有序但无规的面内畴组成。然而,尽管由非晶衬底引起的面内随机性,这些膜的输运性质优于在单晶Si(111)衬底上生长的类似膜的输运性质,单晶Si(111)衬底在结构上更好地匹配,但与膜具有化学反应性。这项工作揭示了化学相容性的重要性,相比晶格匹配,为TI薄膜的生长,也表明,技术上重要的和gatable a-SiO2/Si衬底是一个有前途的平台,TI薄膜。
Experimentally Constrained Molecular Relaxation: The case of hydrogenated amorphous silicon
我们已经将我们的实验约束分子弛豫技术(P. Biswas { \it et al},Phys. Rev. B { \bf 71} 54204(2005))扩展到氢化非晶硅:构建了具有7.4%氢的540原子模型和具有22%氢的611原子模型。从一个随机构型出发,利用物理相关约束、{ \it ab initio}相互作用和实验静态结构因子,我们构建了氢化非晶硅的真实模型。我们的模型证实了存在一个高频局域带的振动态密度由于Si-H振动,已观察到在最近的振动瞬态光栅测量等离子体增强化学气相沉积薄膜的氢化非晶硅。
Electronic excitation of ultrafast collective amorphous-amorphous transitions in glassy phase-change material
Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学苏州高等研究院);State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University(吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室);Key Laboratory for Laser Plasmas (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室);School of Integrated Circuits, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学集成电路学院);Department of Physics, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学物理系);State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, and School of Physics and Electronic Science, East China Normal University(华东师范大学物理与电子科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室);Zhangjiang Institute for Advanced Study, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学张江高等研究院)
Temperature-driven narrowing of the insulating gap as a precursor of the insulator-to-metal transition: Implications for the electronic structure of solids
Femtosecond Laser-induced Crystallization of Amorphous Sb2Te3 film and Coherent Phonon Spectroscopy Characterization and Optical Injection of Electron Spins
采用飞秒激光辐照晶化技术将非晶Sb_2Te_3薄膜转变为晶化薄膜。利用高灵敏度的相干声子谱(CPS)技术研究了非晶Sb_2Te_3薄膜在辐照后的晶化过程。CPS揭示了对应于晶体Sb 2 Te 3的特征声子模式的两个声子模式的振动强度,随着激光照射能量密度(LIF)的增加而增强,显示出LIF的结晶度的上升,并且飞秒激光照射是一种良好的后处理技术。利用时间分辨圆偏振泵浦-探测光谱研究了激光诱导晶化Sb_2Te_3薄膜的电子自旋弛豫动力学。实验结果证实了自旋相关的光学跃迁选择定则的有效性和基于自旋光栅的类Sb 2 Te 3拓扑绝缘体自旋等离激元集体模瞬态光学探测方案的可行性.
Superconductivity in the pressure-amorphized topological insulator CrP$_4$
Qufu Normal University(曲阜师范大学);Nanjing University of Posts and Telecommunications(南京邮电大学);Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research(高压科学和技术先进研究中心);Xinyang Normal University(信阳师范大学);Jining University(济宁学院);Zhejiang University of Technology(浙江工业大学)
Electrically Tunable Wafer-Sized Three-Dimensional Topological Insulator Thin Films Grown by Magnetron Sputtering
三维(3D)拓扑绝缘体(TI)由于其强的自旋轨道耦合和独特的表面电子结构而成为各种电子和自旋电子器件的候选材料。快速、低成本制备与传统半导体工艺兼容的大面积TI薄膜是TI实用化的关键。在这里,我们表明,晶片大小的Bi 2 Te 3家族TI和磁性TI薄膜具有体面的质量和良好的控制的组成和性能可以制备非晶SiO2/Si衬底上磁控共溅射。SiO2/Si衬底使我们能够在p型和n型行为之间电调谐(Bi 1-xSbx)2 Te 3和Cr掺杂(Bi 1-xSbx)2 Te 3 TI膜,从而研究与拓扑表面态相关的现象,例如量子反常霍尔效应(QAHE)。这项工作显着促进了基于TI的电子和自旋电子学应用的设备的制造。