Bi（110）薄膜的制備和掃描隧道顯微鏡研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-08 13:21
二維拓?fù)浣^緣體因其特殊的能帶結(jié)構(gòu)帶來的新奇物理性質(zhì),成為近年來凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)。尤其是在引入超導(dǎo)電性之后,二維拓?fù)浣^緣體中可能存在馬約拉納費(fèi)米子,因此在量子計(jì)算方面具有重大應(yīng)用前景。在Bi（111）薄膜被證實(shí)為二維拓?fù)浣^緣體之后,Bi（110）薄膜引起了廣泛關(guān)注,然而其拓?fù)湫再|(zhì)還存在爭議。本文利用掃描隧道顯微鏡結(jié)合分子束外延技術(shù),成功制備了Bi（110）多層薄膜,并對薄膜表面及其電子性質(zhì)做了進(jìn)一步研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.利用分子束外延技術(shù)在S波超導(dǎo)體NbSe2襯底上生長Bi（110）薄膜。結(jié)合反射式高能電子衍射儀與掃描隧道顯微鏡的監(jiān)測,確定了室溫低生長速率的最佳生長條件（24℃,0.33BL/min）。通過掃描探測的形貌圖發(fā)現(xiàn),制備的Bi（110）薄膜存在雙層到單層轉(zhuǎn)變的生長模式。在薄膜覆蓋度高無法直接測試薄膜的絕對層數(shù)情況下,通過控制生長速率和生長時(shí)間的方法,并結(jié)合掃描隧道顯微鏡的觀測結(jié)果,得出結(jié)論:薄膜約以8個(gè)原子層厚度為分界,從雙層生長轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌由L的模式。這一結(jié)論也很好地符合了Bi（110）薄膜有關(guān)...
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)CdTe/HgTe/CdTe量子阱結(jié)構(gòu)示意圖
QSHE 是一種區(qū)別于量子霍爾效應(yīng)(Quantum Hall Effect, QHE)的新型電QHE 的實(shí)現(xiàn)需要外加強(qiáng)磁場，通過改變電壓或者磁場的方式獲得的量子電壓（對應(yīng)著量子化的霍爾電導(dǎo)σ）。而量子自旋霍爾材料則是通過強(qiáng)的偶爾作用來代替磁場，實(shí)現(xiàn)能帶的劈裂。這也為材料的應(yīng)用帶來了極大如圖 1-2 所示。此外，對于量子霍爾效應(yīng)的拓?fù)洳蛔冃悦枋�，Thouless，Kohmoto，NightienNijs（簡稱為 TKNN）于 1982 年首次提出拓?fù)湫騾⒘�，陳�?shù)(Chernnum念[3]。其中，拓?fù)湫騾⒘康闹蹬c費(fèi)米能級以下朗道能級的個(gè)數(shù)相等，因此的序參量為整數(shù)。而當(dāng)材料與真空（序參量為 0）接觸時(shí)，序參量無法連從而在二維材料的邊緣處形成穿越費(fèi)米能級的一維邊緣態(tài)。但對于量子自旋霍爾材料來說，自旋分辨的體系使得其邊緣態(tài)的總電導(dǎo)即序參量為 0），導(dǎo)致無法從陳數(shù)上分辨出量子自旋霍爾材料和普通絕緣5 年，美國賓州大學(xué)的 Kane 教授提出了使用自旋陳數(shù)來描述 QSHE 拓?fù)浞╗4]，并根據(jù)自旋陳數(shù)的奇偶性將其分類，以 Z2(1 或 0)表示。當(dāng)自旋陳時(shí)（Z2=1），即具有時(shí)間反演對稱性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)結(jié)構(gòu)（二維拓?fù)浣^緣
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文07 年，賓夕法尼亞大學(xué)的傅亮和 kane 等人將拓?fù)浣^緣體延伸到三維拓?fù)浣^緣體其拓?fù)浔砻鎽B(tài)的電子為二維自旋極化的狄拉克費(fèi)米子言了 Bi1-xSbx為一種三維拓?fù)浣^緣體材料[6-8]。很快，Hsieh 等人便利子能譜在實(shí)驗(yàn)上成功觀測到了 Bi0.9Sb0.1的拓?fù)浔砻鎽B(tài)信息，證實(shí)了在這之后，方忠和張守晟等人合作研究，并預(yù)言了能帶結(jié)構(gòu)較為大的三維拓?fù)浣^緣體[11]，Bi2Se3、Bi2Te3以及 Sb2Te3。緊隨其后的譜(AngleResolvedPhotoemissionSpectroscopy,ARPES)實(shí)驗(yàn)也先后證[12-15]，并被稱為第二代強(qiáng)拓?fù)浣^緣體。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)費(fèi)米面的位置并上，這是生長的薄膜不可避免地存在一些缺陷而導(dǎo)致的。除了調(diào)節(jié)薄膜質(zhì)量外[16]，實(shí)驗(yàn)上還可以通過電子摻雜等方法去提高費(fèi)米面的小對表面態(tài)測量的影響。
本文編號(hào)：2905154
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)CdTe/HgTe/CdTe量子阱結(jié)構(gòu)示意圖
QSHE 是一種區(qū)別于量子霍爾效應(yīng)(Quantum Hall Effect, QHE)的新型電QHE 的實(shí)現(xiàn)需要外加強(qiáng)磁場，通過改變電壓或者磁場的方式獲得的量子電壓（對應(yīng)著量子化的霍爾電導(dǎo)σ）。而量子自旋霍爾材料則是通過強(qiáng)的偶爾作用來代替磁場，實(shí)現(xiàn)能帶的劈裂。這也為材料的應(yīng)用帶來了極大如圖 1-2 所示。此外，對于量子霍爾效應(yīng)的拓?fù)洳蛔冃悦枋�，Thouless，Kohmoto，NightienNijs（簡稱為 TKNN）于 1982 年首次提出拓?fù)湫騾⒘�，陳�?shù)(Chernnum念[3]。其中，拓?fù)湫騾⒘康闹蹬c費(fèi)米能級以下朗道能級的個(gè)數(shù)相等，因此的序參量為整數(shù)。而當(dāng)材料與真空（序參量為 0）接觸時(shí)，序參量無法連從而在二維材料的邊緣處形成穿越費(fèi)米能級的一維邊緣態(tài)。但對于量子自旋霍爾材料來說，自旋分辨的體系使得其邊緣態(tài)的總電導(dǎo)即序參量為 0），導(dǎo)致無法從陳數(shù)上分辨出量子自旋霍爾材料和普通絕緣5 年，美國賓州大學(xué)的 Kane 教授提出了使用自旋陳數(shù)來描述 QSHE 拓?fù)浞╗4]，并根據(jù)自旋陳數(shù)的奇偶性將其分類，以 Z2(1 或 0)表示。當(dāng)自旋陳時(shí)（Z2=1），即具有時(shí)間反演對稱性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)結(jié)構(gòu)（二維拓?fù)浣^緣
上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文07 年，賓夕法尼亞大學(xué)的傅亮和 kane 等人將拓?fù)浣^緣體延伸到三維拓?fù)浣^緣體其拓?fù)浔砻鎽B(tài)的電子為二維自旋極化的狄拉克費(fèi)米子言了 Bi1-xSbx為一種三維拓?fù)浣^緣體材料[6-8]。很快，Hsieh 等人便利子能譜在實(shí)驗(yàn)上成功觀測到了 Bi0.9Sb0.1的拓?fù)浔砻鎽B(tài)信息，證實(shí)了在這之后，方忠和張守晟等人合作研究，并預(yù)言了能帶結(jié)構(gòu)較為大的三維拓?fù)浣^緣體[11]，Bi2Se3、Bi2Te3以及 Sb2Te3。緊隨其后的譜(AngleResolvedPhotoemissionSpectroscopy,ARPES)實(shí)驗(yàn)也先后證[12-15]，并被稱為第二代強(qiáng)拓?fù)浣^緣體。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)費(fèi)米面的位置并上，這是生長的薄膜不可避免地存在一些缺陷而導(dǎo)致的。除了調(diào)節(jié)薄膜質(zhì)量外[16]，實(shí)驗(yàn)上還可以通過電子摻雜等方法去提高費(fèi)米面的小對表面態(tài)測量的影響。
本文編號(hào)：2905154
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