Bi（110）薄膜的制备和扫描隧道显微镜研究
发布时间：2020-12-08 13:21
二维拓扑绝缘体因其特殊的能带结构带来的新奇物理性质,成为近年来凝聚态物理的研究热点。尤其是在引入超导电性之后,二维拓扑绝缘体中可能存在马约拉纳费米子,因此在量子计算方面具有重大应用前景。在Bi（111）薄膜被证实为二维拓扑绝缘体之后,Bi（110）薄膜引起了广泛关注,然而其拓扑性质还存在争议。本文利用扫描隧道显微镜结合分子束外延技术,成功制备了Bi（110）多层薄膜,并对薄膜表面及其电子性质做了进一步研究。主要研究内容和结果如下:1.利用分子束外延技术在S波超导体NbSe2衬底上生长Bi（110）薄膜。结合反射式高能电子衍射仪与扫描隧道显微镜的监测,确定了室温低生长速率的最佳生长条件（24℃,0.33BL/min）。通过扫描探测的形貌图发现,制备的Bi（110）薄膜存在双层到单层转变的生长模式。在薄膜覆盖度高无法直接测试薄膜的绝对层数情况下,通过控制生长速率和生长时间的方法,并结合扫描隧道显微镜的观测结果,得出结论:薄膜约以8个原子层厚度为分界,从双层生长转变为单层生长的模式。这一结论也很好地符合了Bi（110）薄膜有关...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)CdTe/HgTe/CdTe量子阱结构示意图
QSHE 是一种区别于量子霍尔效应(Quantum Hall Effect, QHE)的新型电QHE 的实现需要外加强磁场，通过改变电压或者磁场的方式获得的量子电压（对应着量子化的霍尔电导σ）。而量子自旋霍尔材料则是通过强的偶尔作用来代替磁场，实现能带的劈裂。这也为材料的应用带来了极大如图 1-2 所示。此外，对于量子霍尔效应的拓扑不变性描述，Thouless，Kohmoto，NightienNijs（简称为 TKNN）于 1982 年首次提出拓扑序参量，陈数(Chernnum念[3]。其中，拓扑序参量的值与费米能级以下朗道能级的个数相等，因此的序参量为整数。而当材料与真空（序参量为 0）接触时，序参量无法连从而在二维材料的边缘处形成穿越费米能级的一维边缘态。但对于量子自旋霍尔材料来说，自旋分辨的体系使得其边缘态的总电导即序参量为 0），导致无法从陈数上分辨出量子自旋霍尔材料和普通绝缘5 年，美国宾州大学的 Kane 教授提出了使用自旋陈数来描述 QSHE 拓扑法[4]，并根据自旋陈数的奇偶性将其分类，以 Z2(1 或 0)表示。当自旋陈时（Z2=1），即具有时间反演对称性保护的拓扑边缘态结构（二维拓扑绝缘
上海交通大学硕士学位论文07 年，宾夕法尼亚大学的傅亮和 kane 等人将拓扑绝缘体延伸到三维拓扑绝缘体其拓扑表面态的电子为二维自旋极化的狄拉克费米子言了 Bi1-xSbx为一种三维拓扑绝缘体材料[6-8]。很快，Hsieh 等人便利子能谱在实验上成功观测到了 Bi0.9Sb0.1的拓扑表面态信息，证实了在这之后，方忠和张守晟等人合作研究，并预言了能带结构较为大的三维拓扑绝缘体[11]，Bi2Se3、Bi2Te3以及 Sb2Te3。紧随其后的谱(AngleResolvedPhotoemissionSpectroscopy,ARPES)实验也先后证[12-15]，并被称为第二代强拓扑绝缘体。实验中发现费米面的位置并上，这是生长的薄膜不可避免地存在一些缺陷而导致的。除了调节薄膜质量外[16]，实验上还可以通过电子掺杂等方法去提高费米面的小对表面态测量的影响。
本文编号：2905154
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)CdTe/HgTe/CdTe量子阱结构示意图
QSHE 是一种区别于量子霍尔效应(Quantum Hall Effect, QHE)的新型电QHE 的实现需要外加强磁场，通过改变电压或者磁场的方式获得的量子电压（对应着量子化的霍尔电导σ）。而量子自旋霍尔材料则是通过强的偶尔作用来代替磁场，实现能带的劈裂。这也为材料的应用带来了极大如图 1-2 所示。此外，对于量子霍尔效应的拓扑不变性描述，Thouless，Kohmoto，NightienNijs（简称为 TKNN）于 1982 年首次提出拓扑序参量，陈数(Chernnum念[3]。其中，拓扑序参量的值与费米能级以下朗道能级的个数相等，因此的序参量为整数。而当材料与真空（序参量为 0）接触时，序参量无法连从而在二维材料的边缘处形成穿越费米能级的一维边缘态。但对于量子自旋霍尔材料来说，自旋分辨的体系使得其边缘态的总电导即序参量为 0），导致无法从陈数上分辨出量子自旋霍尔材料和普通绝缘5 年，美国宾州大学的 Kane 教授提出了使用自旋陈数来描述 QSHE 拓扑法[4]，并根据自旋陈数的奇偶性将其分类，以 Z2(1 或 0)表示。当自旋陈时（Z2=1），即具有时间反演对称性保护的拓扑边缘态结构（二维拓扑绝缘
上海交通大学硕士学位论文07 年，宾夕法尼亚大学的傅亮和 kane 等人将拓扑绝缘体延伸到三维拓扑绝缘体其拓扑表面态的电子为二维自旋极化的狄拉克费米子言了 Bi1-xSbx为一种三维拓扑绝缘体材料[6-8]。很快，Hsieh 等人便利子能谱在实验上成功观测到了 Bi0.9Sb0.1的拓扑表面态信息，证实了在这之后，方忠和张守晟等人合作研究，并预言了能带结构较为大的三维拓扑绝缘体[11]，Bi2Se3、Bi2Te3以及 Sb2Te3。紧随其后的谱(AngleResolvedPhotoemissionSpectroscopy,ARPES)实验也先后证[12-15]，并被称为第二代强拓扑绝缘体。实验中发现费米面的位置并上，这是生长的薄膜不可避免地存在一些缺陷而导致的。除了调节薄膜质量外[16]，实验上还可以通过电子掺杂等方法去提高费米面的小对表面态测量的影响。
本文编号：2905154
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/2905154.html
