[發明專利]測量拓撲絕緣體Bi2Te3中拉莫進動引起的磁致光電流的方法

有效

• 申請號: 202110065501.8
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112881773B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 俞金玲;陳神忠;程樹英;賴云鋒;鄭巧
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種測量拓撲絕緣體Bi₂Te₃中拉莫進動引起的磁致光電流的方法。該方法是對三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃施加一個平面內沿x方向的磁場，用1064nm的激光垂直照射（沿z方向）在樣品上兩電極連線的中點上，激發產生磁致光電流。通過轉動四分之一波片獲得不同偏振狀態下的光電流，然后通過公式擬合得到圓偏振光激發由拉莫進動引起的磁致光電流。其原理為，圓偏振光激發產生垂直方向的自旋極化S_z，x方向的磁場使得拓撲絕緣體中產生的自旋極化S_z產生拉莫進動，從而產生y方向的自旋極化S_y。這個方向的自旋極化將會引起x方向流動的電荷流，即由拉莫進動引起的圓偏振磁致電流。

技術領域

本發明屬于自旋電子學領域，具體涉及一種測量拓撲絕緣體Bi2Te3中拉莫進動引起的磁致光電流的方法。

背景技術

拓撲絕緣體不同于一般金屬或絕緣體，其獨特的物理使其在自旋電子學、量子計算等領域有著潛在的應用前景，現如今在這些領域中備受人們關注。Bi₂Te₃是一種三維拓撲絕緣體材料，其獨特之處在于具有受拓撲保護的無帶隙表面態，這樣的表面態具有時間反演對稱性，其中的電子為自旋動量方向鎖定的狄拉克電子。這樣性質的表面態使得材料能很大程度地抑制非磁性雜質的散射，故其表面電子具有極高的電子遷移率。這使得三維拓撲絕緣體材料在量子計算和新型自旋電子器件等領域都有著很好的應用前景。

通常，我們可以利用圓偏振光致電流技術(記作CPGE)作為研究三維拓撲絕緣體的自旋極化光電流信號的有效手段，可通過圓偏振光激發表面態電子自旋極化產生光致電流。而利用光致逆自旋霍爾效應技術(記作PISHE)也能探測三維拓撲絕緣體中的自旋極化光電流信號，同樣可通過圓偏振光激發表面態電子產生自旋極化的光致電流。

然而，現在的問題是，在使用CPGE時，由于使用圓偏振光激發產生自旋極化，在產生圓偏振光致電流效應的同時還會引入其他由圓偏振光引起的光電流效應，如光子拽曳效應。三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃，其表面態為C_3v點群對稱性，體態為D_3d點群對稱性。其體態和表面態都會產生光子拽曳效應，需要尋找方法從總的光電流中將不同效應產生的貢獻分離提取出來。而在使用PISHE進行研究時，由于三維拓撲絕緣體具有上下兩個表面態，在產生PISHE電流時，由于激光能夠到達樣品的上下表面態，從而產生方向相反的光電流信號，此外，體態也會引入PISHE電流信號，使得自旋極化光電流的成分變得復雜，需要尋找方法將表面態的自旋極化光電流信號提取出來。由此可見運用以上兩常用技術研究三維拓撲絕緣體表面態的自旋極化光電流仍具有各自需克服的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測量拓撲絕緣體Bi2Te3中拉莫進動引起的磁致光電流的方法，該方法實現方便，成本低，測量結果準確。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種測量拓撲絕緣體Bi2Te3中拉莫進動引起的磁致光電流的方法，三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃生長于Si襯底上；三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃用分子束外延設備生長，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、獲取三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃樣品，并在三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃樣品上用磁控濺射生長10nm的鈦電極，用電子束蒸發鍍100nm的金電極，電極是邊長0.5mm的正方形電極，電極間距約為2.5mm；

步驟S2、用1064nm的激光作為激發光源，讓激光通過斬波器、起偏器、四分之一波片，垂直照射在三維拓撲絕緣體Bi₂Te₃樣品上兩電極連線中點的位置；光斑直徑小于兩電極間距；