二維拓撲絕緣體因其特殊的能帶結構帶來的新奇物理性質,成為近年來凝聚態(tài)物理的研究熱點。尤其是在引入超導電性之后,二維拓撲絕緣體中可能存在馬約拉納費米子,因此在量子計算方面具有重大應用前景。在Bi（111）薄膜被證實為二維拓撲絕緣體之后,Bi（110）薄膜引起了廣泛關注,然而其拓撲性質還存在爭議。本文利用掃描隧道顯微鏡結合分子束外延技術,成功制備了Bi（110）多層薄膜,并對薄膜表面及其電子性質做了進一步研究。主要研究內容和結果如下:1.利用分子束外延技術在S波超導體NbSe₂襯底上生長Bi（110）薄膜。結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間的方法,并結合掃描隧道顯微鏡的觀測結果,得出結論:薄膜約以8個原子層厚度為分界,從雙層生長轉變?yōu)閱螌由L的模式。這一結論也很好地符合了Bi（110）薄膜有關... 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)CdTe/HgTe/CdTe量子阱結構示意圖

QSHE 是一種區(qū)別于量子霍爾效應(Quantum Hall Effect, QHE)的新型電QHE 的實現(xiàn)需要外加強磁場，通過改變電壓或者磁場的方式獲得的量子電壓（對應著量子化的霍爾電導σ）。而量子自旋霍爾材料則是通過強的偶爾作用來代替磁場，實現(xiàn)能帶的劈裂。這也為材料的應用帶來了極大如圖 1-2 所示。此外，對于量子霍爾效應的拓撲不變性描述，Thouless，Kohmoto，NightienNijs（簡稱為 TKNN）于 1982 年首次提出拓撲序參量，陳數(shù)(Chernnum念[3]。其中，拓撲序參量的值與費米能級以下朗道能級的個數(shù)相等，因此的序參量為整數(shù)。而當材料與真空（序參量為 0）接觸時，序參量無法連從而在二維材料的邊緣處形成穿越費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)的總電導即序參量為 0），導致無法從陳數(shù)上分辨出量子自旋霍爾材料和普通絕緣5 年，美國賓州大學的 Kane 教授提出了使用自旋陳數(shù)來描述 QSHE 拓撲法[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。當自旋陳時（Z2=1），即具有時間反演對稱性保護的拓撲邊緣態(tài)結構（二維拓撲絕緣

上海交通大學碩士學位論文07 年，賓夕法尼亞大學的傅亮和 kane 等人將拓撲絕緣體延伸到三維拓撲絕緣體其拓撲表面態(tài)的電子為二維自旋極化的狄拉克費米子言了 Bi1-xSbx為一種三維拓撲絕緣體材料[6-8]。很快，Hsieh 等人便利子能譜在實驗上成功觀測到了 Bi0.9Sb0.1的拓撲表面態(tài)信息，證實了在這之后，方忠和張守晟等人合作研究，并預言了能帶結構較為大的三維拓撲絕緣體[11]，Bi2Se3、Bi2Te3以及 Sb2Te3。緊隨其后的譜(AngleResolvedPhotoemissionSpectroscopy,ARPES)實驗也先后證[12-15]，并被稱為第二代強拓撲絕緣體。實驗中發(fā)現(xiàn)費米面的位置并上，這是生長的薄膜不可避免地存在一些缺陷而導致的。除了調節(jié)薄膜質量外[16]，實驗上還可以通過電子摻雜等方法去提高費米面的小對表面態(tài)測量的影響。


本文編號：2905154