[發明專利]一種區分Bi2Se3表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的方法

有效

• 申請號: 201710888588.2
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107819067B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 趙宜升;曾曉琳;俞金玲;程樹英
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;G01R19/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種區分Bi2Se3表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的方法。該方法在鈦酸鍶襯底的（111）晶面上生長拓撲絕緣體Bi₂Se₃；而后用高斯分布的圓偏振激光在垂直入射的情況下激發拓撲絕緣體Bi₂Se₃的體態和表面態的光致逆自旋霍爾效應電流，測得當光斑位置在兩電極連線的垂直平分線上移動時的光致逆自旋霍爾效應電流；最后，通過建立區分拓撲絕緣體Bi₂Se₃表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的定量擬合模型，并進行模型擬合，得到體態和表面態的光致逆自旋霍爾電流。本發明方法，十分簡單易行，成本低廉，有利于日后推廣應用；且所得結果準確。

技術領域

本發明屬于自旋電子學領域，具體涉及一種區分Bi2Se3表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的方法。

背景技術

拓撲絕緣體由于其具有奇異的物理性質以及在量子計算、自旋電子學等領域的潛在應用前景，受到人們的廣泛關注。Bi2Se3是拓撲絕緣體家族的典型代表，因為它具有較寬的帶隙和單對的狄拉克錐。然而，由于Bi2Se3材料中存在較多的Se空位以及生長環境中氣體雜質的影響，Bi2Se3通常表現為n型，即體態并非絕緣，而是有較大體電導。這使得人們很難獲得單純由表面態引起的電流信號，測得的信號往往是體態和表面態的混合信號。因此，找到一種能夠將表面態和體態分離的方法顯得十分重要。

目前報道的文獻中，主要通過角分辨光電子能譜以及掃描隧道顯微鏡來觀察拓撲絕緣體的表面態。然而，這兩種方法并不能獲得拓撲絕緣體表面態電學相關的信息。光致逆自旋霍爾電流是一種研究材料自旋霍爾效應以及自旋相關電學性能的有效手段，然而，對于拓撲絕緣體Bi2Se3來說，其測得的光致逆自旋霍爾電流往往是體態和表面態的疊加，難以將它們進行區分。

發明內容

本發明的目的在于提供一種區分Bi2Se3表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的方法，采用高斯分布的圓偏振激光在垂直入射的情況下激發拓撲絕緣體Bi2Se3的體態和表面態的光致逆自旋霍爾效應電流，測得當光斑位置在兩電極連線的垂直平分線上移動時的光致逆自旋霍爾效應電流，然后，通過進行模型擬合，得到體態和表面態的光致逆自旋霍爾電流。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種區分Bi2Se3表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的方法，在鈦酸鍶襯底的(111)晶面上生長拓撲絕緣體Bi₂Se₃；而后用高斯分布的圓偏振激光在垂直入射的情況下激發拓撲絕緣體Bi₂Se₃的體態和表面態的光致逆自旋霍爾效應電流，測得當光斑位置在兩電極連線的垂直平分線上移動時的光致逆自旋霍爾效應電流；最后，通過建立區分拓撲絕緣體Bi₂Se₃表面態與體態光致逆自旋霍爾電流的定量擬合模型，并進行模型擬合，得到體態和表面態的光致逆自旋霍爾電流。

在本發明一實施例中，所述拓撲絕緣體Bi₂Se₃的厚度范圍在6至20納米。

在本發明一實施例中，所述拓撲絕緣體Bi₂Se₃的導電類型為n型。

在本發明一實施例中，所述拓撲絕緣體Bi₂Se₃采用MBE設備生長。

在本發明一實施例中，該方法具體實現步驟如下，

(1)在拓撲絕緣體Bi₂Se₃樣品上用電子束蒸發制備兩個直徑約為0.4mm的圓形電極，電極間距約為1.2mm；

(2)用具有高斯分布的1064nm的激光依次通過斬波器、起偏器、四分之一波片，然后垂直入射在樣品兩電極連線的中點；激光光斑直徑約為1mm，激光功率約為250mW；