[發明專利]分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法

在審

• 申請號: 202310074046.7
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116106351A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 俞金玲;稂新杰;程樹英
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N23/2273
• 分類號: G01N23/2273;G01N23/2202;G01R19/00;H10N52/01;H10N52/00;H10N52/80;G01N21/17
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，引入平面內橫向電場，在圓偏振光垂直入射下誘導光致反常霍爾效應，然后擬合得到圓偏振光激發的三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流。

2.根據權利要求1所述的分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，具體實現步驟如下：

步驟S1、在銻化碲薄膜的上表面通過電子束蒸發沉積分別一對邊長0.5mm，電極間距2mm的正方形Ti/Au電極和一對2.8mm×1.2mm的條形Ti/Au電極；Ti和Au的厚度分別為10納米和100納米；將銻化碲薄膜用低溫膠粘貼在真空杜瓦瓶中；而后再將杜瓦瓶安裝在一個電動平移臺上，可通過步進電機控制電動平移臺移動；

步驟S2、將1064納米波長的激光依次通過起偏器、光彈性調制器，然后再通過透鏡聚焦，垂直入射在銻化碲薄膜的兩個正方形電極的連線的垂直平分線上；入射光的偏振方向和光彈性調制器的光軸之間的角度是45°；激光照射銻化碲薄膜產生的光電流通過兩個正方形電極進行收集；收集的電流依次進入電流放大器和鎖相放大器；鎖相放大器的參考頻率為光彈性調制器的一倍頻頻率；從鎖相放大器提取出來的電流通過數據采集卡進行采集；

步驟S3、通過步進電機控制電動平移臺移動，使激光光斑照射在銻化碲薄膜上正方形電極連線的左側，將靠近左邊條形電極的一側，作為光斑掃描的起點，記為A點；將靠近右邊條形電極的一側作為光斑掃描的終點，記為B點，A點和B點關于正方形電極連線對稱；

步驟S4、通過使用靜電計在條形電極上為銻化碲薄膜施加一個面內橫向電場，記為E，而后通過步進電機控制電動平移臺使得光斑在銻化碲薄膜上的位置從A點移動到B點，移動距離為4mm，步長為0.1mm；記錄下不同光斑位置下由鎖相放大器提取出來的跟光彈性調制器的一倍頻同頻率的光電流信號，即為自旋相關的光電流信號，記為J_S；

步驟S5、改變銻化碲薄膜面內電場的大小，重復步驟S4，記錄不同電場下的自旋相關電流；

步驟S6、將E≠0V/cm時的自旋相關光電流J_S減去E＝0V/cm時的自旋相關光電流，得到不同電場E下的自旋相關光電流，即為總的光致反常霍爾電流；考慮到總的光致反常霍爾電流是上下表面態光致反常霍爾電流的疊加，總的光致反常霍爾電流用以下公式表示：

其中，和分別是上和下表面態的光致反常霍爾電導率，其中i為T或B，分別表示上和下表面態，α是與自旋軌道耦合強度成正比的系數，μ_S是載流子遷移率，δ是與光致反常霍爾電流有關的高斯標準差，x是光斑位置，正方形電極連線與其垂直平分線的交點記為x＝0；c是與光生自旋極化載流子密度有關的常數；表示施加的橫向電場，表示光的螺旋度，其中表示入射電磁波x和y分量的電場矢量的位相角，λ的變化是從-1，即左旋圓偏振光，到+1，即右旋圓偏振光；是電子的自旋極化方向；通過將公式(1)對測得的總的光致反常霍爾電流進行擬合，即擬合分離出上下表面態的光致反常霍爾電流。

3.根據權利要求2所述的分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，步驟S1中，銻化碲薄膜的厚度范圍是5至20納米，銻化碲薄膜是用分子束外延設備生長在(111)面Si襯底上，為單晶結構。

4.根據權利要求2所述的分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，步驟S2中，1064納米波長的激光照射在銻化碲薄膜上的激光功率為50mW，光斑直徑為0.3mm。

5.根據權利要求2所述的分離三維拓撲絕緣體銻化碲上下表面態光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，步驟S5中，橫向電場的變化范圍是-2至+2V/cm。