[發(fā)明專利]三維拓?fù)浣^緣體Bi2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010169319.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN111239175B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞金玲;武文逸;程樹英;賴云鋒;鄭巧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/2273
• 分類號(hào): G01N23/2273;G01N23/2202
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流區(qū)分方法，該方法包括：制備Bi₂Te₃樣品并在其上沉積點(diǎn)狀鈦金電極和條形鈦金電極；獲取樣品氧化前的XPS光譜；將激光依次通過起偏器、光彈性調(diào)制器以及杜瓦瓶窗口，垂直照射在真空杜瓦瓶中樣品的幾何中心；使用直流電壓源施加可調(diào)的電壓提供縱向電場(chǎng)，在垂直于電場(chǎng)方向上測(cè)得氧化前的光致反常霍爾電流；同理獲取樣品氧化后的XPS光譜和光致反常霍爾電流；對(duì)比氧化前后樣品的XPS光譜和光致反常霍爾電流，區(qū)分三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流。該方法有利于簡(jiǎn)單、快捷、有效地區(qū)分三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自旋電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流區(qū)分方法。

背景技術(shù)

三維拓?fù)浣^緣體是一種在表面具有自旋動(dòng)量鎖定狄拉克電子態(tài)的新型量子物質(zhì)態(tài)，具有許多奇異的性質(zhì)。Bi₂Te₃是一種典型的三維拓?fù)浣^緣體，在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。由于自旋電子學(xué)器件具有低能耗、高集成度、高數(shù)據(jù)處理速度等優(yōu)點(diǎn)，因此成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。自旋電流的產(chǎn)生、操縱與探測(cè)是自旋電子學(xué)的一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。

在三維拓?fù)浣^緣體中，由于存在強(qiáng)自旋軌道耦合，可以實(shí)現(xiàn)自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)自旋極化和自旋狀態(tài)的有效控制。如果在具有自旋軌道耦合的系統(tǒng)中用圓偏振光注入自旋極化載流子，在自旋霍爾效應(yīng)作用下，會(huì)在垂直于外加電場(chǎng)的方向上測(cè)量到電流，該電流稱為光致反常霍爾電流。光致反常霍爾電流是研究自旋電流的產(chǎn)生、操縱與探測(cè)的有力工具。對(duì)三維拓?fù)浣^緣體來說，光致反常霍爾電流有三個(gè)來源，即上表面態(tài)、體態(tài)和下表面態(tài)。但這三者的信號(hào)往往混在一起，要分析光致反常霍爾電流的產(chǎn)生機(jī)理與調(diào)控機(jī)制，必須要能夠區(qū)分出光致反常霍爾電流的主要貢獻(xiàn)，即分析出其主要來源于上表面態(tài)、體態(tài)還是下表面態(tài)。然而，目前還沒有方法能夠區(qū)分光致反常霍爾電流的主要貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流區(qū)分方法，該方法有利于簡(jiǎn)單、快捷、有效地區(qū)分三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種三維拓?fù)浣^緣體Bi₂Te₃上下表面態(tài)光致反常霍爾電流區(qū)分方法，包括以下步驟：

步驟S1：在（111）面的高阻單晶硅上，用分子束外延設(shè)備生長(zhǎng)Bi₂Te₃樣品，然后在樣品表面通過電子束蒸發(fā)沉積一對(duì)點(diǎn)狀鈦金電極和一對(duì)條形鈦金電極；

步驟S2：對(duì)樣品進(jìn)行X射線光電子能譜分析測(cè)試，記得到的XPS光譜為XPS1光譜；

步驟S3：將樣品放置在真空杜瓦瓶中；通過激光器發(fā)出激光依次通過起偏器、光彈性調(diào)制器以及杜瓦瓶窗口，垂直照射在樣品的幾何中心，即四個(gè)電極的中心位置；

步驟S4：將樣品左、右兩側(cè)的條形鈦金電極分別接直流電壓源的正、負(fù)極輸出端，通過計(jì)算機(jī)控制直流電壓源輸出一組從正到負(fù)的直流電壓，從而產(chǎn)生一組從正到負(fù)的縱向電場(chǎng)；步驟S3中的光照射在樣品上后產(chǎn)生光電流；從點(diǎn)狀鈦金電極采集光電流，然后依次輸入前置放大器和鎖相放大器，所述鎖相放大器的參考頻率為光彈性調(diào)制器的一倍頻工作頻率，鎖相放大器輸出的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)；測(cè)量這組縱向電場(chǎng)E下的光電流，即通過鎖相放大器提取出與光彈性調(diào)制器的一倍頻同頻率的光電流信號(hào)，記為I⁺；