Bulk and surface characterization of In$_2$O$_3$(001) single crystals
Daniel R. Hagleitner, Peter Jacobson, Sara Blomberg, Karina Schulte, Edvin Lundgren, Markus Kubicek, Jürgen Fleig, Frank Kubel, Christoph Puls, Andreas Limbeck,… 展开作者
Daniel R. Hagleitner, Peter Jacobson, Sara Blomberg, Karina Schulte, Edvin Lundgren, Markus Kubicek, Jürgen Fleig, Frank Kubel, Christoph Puls, Andreas Limbeck, Herbert Hutter, Lynn A. Boatner, Michael Schmid, Ulrike Diebold
A comprehensive bulk and surface investigation of high-quality In$_2$O$_3$(001) single crystals is reported. The transparent-yellow, cube-shaped single crystals were grown using the flux method. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) reveals small residues of Pb, Mg, and Pt in the crystals. Four-point-probe measurements show a resistivity of 2.0 $\pm$ 0.5 $\times$ 10$^5$ Ω cm, which translates into a carrier concentration of $\approx$10$^{12}$ cm$^{-3}$. The results from x-ray diffraction (XRD) measurements revise the lattice constant to 10.1150(5) Å from the previously accepted value of 10.117 Å. Scanning tunneling microscopy (STM) images of a reduced (sputtered/annealed) and oxidized (exposure to atomic oxygen at 300 °C) surface show a step height of 5 Å, which indicates a preference for one type of surface termination. The surfaces stay flat without any evidence for macroscopic faceting under any of these preparation conditions. A combination of low-energy ion scattering (LEIS) and atomically resolved STM indicates an indium-terminated surface with small islands of 2.5 Å height under reducing conditions, with a surface structure corresponding to a strongly distorted indium lattice. Scanning tunneling spectroscopy (STS) reveals a pronounced surface state at the Fermi level ($E_F$). Photoelectron spectroscopy (PES) shows additional, deep-lying band gap states, which can be removed by exposure of the surface to atomic oxygen. Oxidation also results in a shoulder at the O 1s core level at a higher binding energy, possibly indicative of a surface peroxide species. A downward band bending of 0.4 eV is observed for the reduced surface, while the band bending of the oxidized surface is of the order of 0.1 eV or less.
Can the electronic energy spectra of bulk excitonic states be traced to parent molecular states in fluorene and its hetero-analogues? It depends on the mutual orientation of the respective transition dipoles in the crystal
用透射电子光谱研究了芴和二苯并呋喃不同晶型分子中从吸收开始到电离能的能量范围内分子间相互作用对单个电子跃迁强度再分布的影响（从~4.0 eV到~9.0 eV -电子跃迁，跃迁偶极子与晶轴成斜角（A1对称））在这些晶体中类似于分子光谱。过渡的B2对称性，在这些晶体中有平行的过渡偶极子，类似于表面（基板影响）状态的分子光谱。对于体激子态的光谱，这些过渡具有连续的，均匀的强度分布在整个能量范围内的调查，除了的情况下，当B2过渡是吸收的发病。
Bulk Intergrowth of a Topological Insulator with a Room Temperature Ferromagnet
我们证明了层状室温铁磁体Fe 7 Se 8和拓扑绝缘体Bi 2 Se 3形成晶体取向的块状复合共生晶体。描述了共生体在实空间和倒易空间中的形态。重要的是，Bi2Se3和Fe7Se8的基面是平行的，因此保留了体相中固有的良好解理。这种共生是微米级的。共生晶体中的两个相都显示出它们固有的体性质：Fe7Se8的铁磁性是各向异性的，易磁化轴在晶体的平面内，并且ARPES表征表明Bi2Se3上仍然存在拓扑表面态。对于所谓的“Fe掺杂的Bi2Se3. "
Charge carrier dynamics in bulk MoS2 crystal studied by transient absorption microscopy
我们报道了室温下块状二硫化钼晶体中载流子动力学的瞬态吸收显微镜研究。通过555 nm脉冲的带间吸收注入载流子，并通过测量时间延迟和空间扫描的660 nm脉冲的差分反射来探测。我们发现谷间转移时间约为0.35 ps，热载流子的能量弛豫时间约为50 ps，载流子寿命为180 ps。通过监测载流子的时空动力学，我们得到了热化电子的扩散系数为4.2 cm 2/s，对应于170 cm 2/Vs的迁移率。我们还观察到随时间变化的热载流子的扩散系数。
Observation of multichannel quantum coherent transport and electron-electron interaction in Bi2Te3 single crystal
大部分拓扑绝缘体由于来自原生缺陷的传导的过度贡献而相对未被探索。在这里，我们调查的体积电导在Bi 2 Te 3晶体具有减少的缺陷诱导传导。我们的研究结果揭示了三种输运机制的存在，主要是热激活跨越体带隙，缺陷态电荷传导，和量子相干输运。低温电导和磁电导揭示了体材料中存在多通道二维量子相干输运。通道的数量是五元组层的数量级，表示每个五元组层是单个传输通道。这些输运通道表现出二维电子-电子相互作用效应，导致电子退相，而缺陷态体导电表现出三维电子-电子相互作用效应，其在缺陷诱导的载流子增强时消失。
Hidden Zeeman-type spin polarization in bulk crystals
探索被忽视的潜在效应，因为名义上的全球晶体对称性，但确实是可见的固态材料一直是一个迷人的研究课题最近。在这里，我们介绍了一种新的隐藏的塞曼型自旋极化（HZSP）的大块晶体与亚晶格结构。在这些晶体的动量空间中，在某个平面中形成的双简并带可以表现出具有垂直于该平面的相反自旋取向的均匀自旋配置，而这种简并态在空间上分离在一对实空间扇区中。有趣的是，我们发现HZSP可以在中心对称和非中心对称材料中表现出来。我们进一步证明了非对称的二重螺旋旋转对称性在HZSP形成中的重要作用。此外，两个代表性的材料实例，即，中心对称的WSe $_2$和非中心对称的BaBi $_4$ O $_7$通过第一性原理计算被识别为显示HZSP。因此，我们的发现不仅为隐藏的自旋极化研究开辟了新的视角，而且大大拓宽了自旋电子学应用的材料范围。
Surface states in bulk single crystal of topological semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$ towards water oxidation
拓扑相物质的能带反转带来了奇异的物理性质，如拓扑保护表面态的出现。它们强烈地影响所研究材料的表面电子结构，并且可以作为一个很好的平台来深入了解表面反应的催化机制。在这里，我们合成了拓扑半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的高质量块体单晶。我们发现，在室温下，Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$自然地拥有拓扑半金属的能带结构。这就保证了Co原子表面态的存在。Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$大块单晶暴露出由Co原子构成的Kagome晶格，具有高的电导率。它们作为析氧过程（OER）的催化中心，由于部分填充的$e_g$轨道，使成键和电子转移更有效。该块体单晶显示出优异的OER催化性能，尽管表面积比Co基纳米结构催化剂小得多。我们的研究结果强调了裁剪拓扑非平凡的表面状态的高活性电催化剂的合理设计的重要性。
Strained GaN Quantum-Well FETs on Single Crystal Bulk AlN Substrates
我们报告的第一个实现的分子束外延生长应变GAN量子阱场效应晶体管的单晶体AlN衬底。所制造的双异质结构FET表现出超过2 X 10^13/cm 2的二维电子气（2DEG）密度。欧姆接触的2DEG沟道形成n+ GAN MBE再生长过程中，与0.13欧姆-毫米的接触电阻。拉曼光谱使用的量子阱作为光学标记揭示了量子阱中的应变，和应变弛豫的再生长的GAN接触。65 nm长的矩形栅器件的直流漏电流驱动为2.0 A/mm，峰值非本征漏电流为250 mS/mm，小信号射频性能达到fT~120 GHz。DC和RF性能表明，体AlN衬底为应变量子阱氮化物晶体管提供了一个有吸引力的替代平台，用于未来的高电压和高功率微波应用。
Automated Burgers Vector Identification for Individual Dislocations in Bulk Crystals
European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Department of Physics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学物理系）；Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark（丹麦技术大学机械工程系）
Organic ferroelectric Croconic Acid: A concise survey from bulk single crystals to thin films
有机铁电材料具有节能、环保等优点，是无机铁电材料的重要替代品。虽然第一个发现的铁电体，罗谢尔盐，是一种有机化合物的盐，有机铁电体并不像无机铁电体那样丰富。此外，迄今为止发现的有机系统中的小偏振值已经成为其应用的一个不利因素。然而，围绕这些材料的科学兴趣和活动，为了基本的理解和实际应用的目的，最近已经显着上升，特别是在发现克酮酸（4，5-二羟基-4-环戊烯-1，2，3-三酮，H2 C5 O 5）晶体中的超室温铁电性之后，其极化值与无机铁电体中发现的极化值相媲美。其大极化、有机性质和真空升华性使克酮酸成为无毒和无铅器件应用的理想候选物。在这篇评论文章中，我们调查的科学活动进行到目前为止，涉及铁电性在这种新型材料，同等重视其散装单晶和薄膜形式。在讨论铁电有序的起源和体材料中极化反转现象的同时，我们也总结了这种薄膜的应用方向。
Imaging the topological current carrying state and the surface to bulk transformation, in Bi2Se3 single crystal and thin film
基于磁光的电流成像技术比较了拓扑绝缘体材料Bi 2 Se 3的单晶和薄膜中拓扑电流分布的性质。该单晶在低温下具有约3.6nm厚的均匀拓扑表面电流片。随着温度的升高，电流部分地转移到晶体块体中，并且伴随地，片分裂成高电流密度区域和低电流密度区域的片状网络。高电流密度区的温度依赖性表明，晶体中的表面到体的转变具有经典的相变现象的特征。具有拓扑高电流密度的表面积分数表现为序参量。这种相变是由无序驱动的。在Bi 2 Se 3薄膜中，我们发现了准一维拓扑边缘电流的存在，这种电流在弱的外加磁场下被抑制。边缘电流在薄膜中转变为均匀的体电流。
