[發(fā)明專利]分離三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310074046.7
• 申請(qǐng)日: 2023-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN116106351A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞金玲;稂新杰;程樹英
• 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;G01R19/00;H10N52/01;H10N52/00;H10N52/80;G01N21/17
• 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)明提出一種分離三維拓?fù)浣^緣體銻化碲薄膜上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的方法，該方法利用1064納米波長的圓偏振光在室溫下垂直入射在施加了橫向電場的三維拓?fù)浣^緣體銻化碲薄膜上，以誘導(dǎo)光致反常霍爾電流。通過電動(dòng)平移臺(tái)使光斑沿著銻化碲薄膜的正方形電極連線的垂直平分線移動(dòng)，獲得了銻化碲薄膜中光致反常霍爾電流與光斑位置的變化曲線，提出了一種分離上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的理論模型。利用該理論模型中提出的公式擬合得到了銻化碲薄膜的上表面態(tài)和下表面態(tài)的光致反常霍爾電流的空間分布。本發(fā)明直接高效，簡單易行，成本低廉，有利于在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自旋電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分離三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的方法。

背景技術(shù)

拓?fù)浣^緣體由于具有較強(qiáng)的自旋軌道耦合和自旋動(dòng)量鎖定的狄拉克表面態(tài)，被認(rèn)為是理想的自旋電子學(xué)材料。銻化碲是一種強(qiáng)三維拓?fù)浣^緣體材料，具有受拓?fù)浔Ｗo(hù)的無帶隙表面態(tài)，并且該表面態(tài)受到時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)，這使得三維拓?fù)浣^緣體銻化碲受到廣泛關(guān)注。自旋霍爾效應(yīng)(Spin?Hall?effect，SHE)和逆自旋霍爾效應(yīng)(Inverse?spinHall?effect，ISHE)分別提供了一種利用自旋軌道耦合產(chǎn)生和檢測自旋電流的方法。在三維拓?fù)浣^緣體材料中，自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng)已經(jīng)得到了廣泛的研究，這表明具有較強(qiáng)自旋軌道耦合的三維拓?fù)浣^緣體可以用于功能自旋電子器件中。

光致反常霍爾效應(yīng)(Photo-induced?anomalous?Hall?effect，PAHE)和光致逆自旋霍爾效應(yīng)(Photo-induced?inverse?spin?Hall?effect，PISHE)是研究材料的自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng)的有效手段，因?yàn)樗鼈兛梢栽谑覝叵潞苋菀椎乇粶y量到，而無需引入磁場或磁性材料。當(dāng)用圓偏振光照射三維拓?fù)浣^緣體銻化碲時(shí)，由于逆自旋霍爾效應(yīng)，將產(chǎn)生與電場無關(guān)的渦旋自旋極化光電流，被稱為光致逆自旋霍爾電流。然而，當(dāng)給銻化碲薄膜施加一個(gè)橫向的面內(nèi)電場，產(chǎn)生的自旋相關(guān)光電流包含了兩種電流，分別是光致逆自旋霍爾電流和由于自旋霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的光致反常霍爾電流，用總自旋相關(guān)電流減去零電場時(shí)的光致逆自旋霍爾電流即可得到與電場相關(guān)的光致反常霍爾電流。

在使用光致反常霍爾效應(yīng)進(jìn)行研究時(shí)，由于三維拓?fù)浣^緣體具有上下兩個(gè)表面態(tài)，在產(chǎn)生光致反常霍爾電流時(shí)由于激光能夠穿透薄膜，到達(dá)下表面，將會(huì)在上表面和下表面產(chǎn)生方向相反的光電流，使得對(duì)光致反常霍爾電流的分析變得復(fù)雜。然而，目前還沒有能分離出三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空白，本發(fā)明的目的在于提供一種分離三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的方法，該方法利用1064納米波長的圓偏振光在室溫下垂直入射在施加了橫向電場的三維拓?fù)浣^緣體銻化碲薄膜上，以誘導(dǎo)光致反常霍爾電流。通過電動(dòng)平移臺(tái)使光斑沿著銻化碲薄膜的正方形電極連線的垂直平分線移動(dòng)，獲得了銻化碲薄膜中光致反常霍爾電流與光斑位置的關(guān)系，提出了一種分離上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的理論模型。利用該理論模型中提出的公式擬合得到了銻化碲薄膜的上表面態(tài)和下表面態(tài)的光致反常霍爾電流的空間分布。本發(fā)明直接高效，簡單易行，成本低廉，有利于在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種分離三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流的方法，其特征在于，引入平面內(nèi)橫向電場，在圓偏振光垂直入射下誘導(dǎo)光致反常霍爾效應(yīng)，然后擬合得到圓偏振光激發(fā)的三維拓?fù)浣^緣體銻化碲上下表面態(tài)光致反常霍爾電流。

進(jìn)一步地，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟S1、在銻化碲薄膜的上表面通過電子束蒸發(fā)沉積分別一對(duì)邊長0.5mm，電極間距2mm的正方形Ti/Au電極和一對(duì)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(gè)電動(dòng)平移臺(tái)上，可通過步進(jìn)電機(jī)控制電動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)；