物理学院在拓扑绝缘体纳米资料的光热电效应研
来源:道路交通网 发表于2019-07-16 21:53:22 编辑:薛之谦
摘要: 拓扑绝缘体的资料制备和量子输运特性是近年来世界研讨前沿的一个热门。在很多拓扑绝缘体资猜中,Bi2Se3是拓扑绝缘体宗族中一种重要的三维强拓扑绝缘

拓扑绝缘体的资料制备和量子输运特性是近年来世界研讨前沿的一个热门。在很多拓扑绝缘体资猜中,Bi2Se3是拓扑绝缘体宗族中一种重要的三维强拓扑绝缘体。拓扑绝缘体纳米结构因其巨大的比外表积和增强的外表电导奉献十分有利于探究拓扑绝缘体奇特外表态的物理性质和开发拓扑绝缘体在自旋电子学等方面的潜在使用。

物理学院俞大鹏“纳米结构与低维物理”研讨团队的青年教师廖志敏副教授带领研讨生在拓扑绝缘体Bi2Se3纳米资料制备、量子输运性质和光热电性质等方面获得系列新进展。他们经过化学气相堆积法可控合成了各种Bi2Se3纳米结构,在量子输运丈量中观测到Shubnikov-de Haas(SdH)振动,剖析标明存在Berry相位π,这是拓扑绝缘体外表狄拉克费米子的重要特征(Scientific Reports 3,1264,2019);此外,他们在低温强磁场条件下系统研讨了单个Bi2Se3纳米片的输运性质,发现其载流子迁移率高达104cm2/Vs,并且在14特斯拉强磁场下观察到高达400%尚无饱满痕迹的正磁阻效应,提醒了磁电阻与迁移率之间的相互联系(Applied Physics Letters 103,033106,2019);磁输运丈量关于提醒拓扑外表态的物理性质具有重要意义,但是在笔直磁场下,SdH振动总是叠加在一个很大的线性磁阻布景上,这为剖析外表狄拉克费米子的输运行为带来困难,他们经过外加平面内磁场,丈量到显着的SdH振动,而没有正磁阻布景,确认了来源于Bi2Se3纳米片旁边面外表态的量子输运(Scientific Reports 4,3817,2019)。

经过圆偏振光能够选择性激起拓扑绝缘体的外表态,然后发生自旋极化的外表态,因为自旋方向与动量方向的确定联系,样品中会发生电子定向运动的光电流。Bi2Se3也是一个很好的热电资料,在非均匀的光辐照下,会发生光热电效应。最近,该研讨团队协同立异,与北京大学世界量子资料科学中心孙栋教授、清华大学物理系周树云教授(ARPES丈量)、比利时安特卫普大学的G. V. Tendeloo 教授和柯小行博士(球差纠正电镜原子分辩结构研讨)、北京理工大学吴汉春教授等协作,观测到Bi2Se3中圆偏振光增强的光热电效应,该成果有望用于自旋极化的电流源的发生。相关作业以“Topological Surface State Enhanced Photothermoelectric Effect in Bi2Se3 Nanoribbons”为题,在线宣布在Nano Letters (DOI: 10.1021/nl501276e,2019)上,北大物理学院博士生严缘为该论文的榜首作者。

图1 上:Bi2Se3纳米带的球差纠正透射电镜的原子分辩结构图画以及室温下丈量的角分辩光电子谱ARPES (Nano Letters DOI: 10.1021/nl501276e,2019);下:起源于Bi2Se3纳米带侧壁(Sidewall)外表态输运的SdH振动(Scientific Reports 4,3817,2019)

图2 拓扑绝缘体Bi2Se3中圆偏振光增强的光热电效应 (Nano Letters DOI: 10.1021/nl501276e,2019)

上述研讨作业得到了人工微结构与介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同立异中心、国家973方案和国家自然科学基金的大力支持。

修改:安定

 

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