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拓扑绝缘体材料中不饱和线性磁电阻


磁电阻的材料由于其在基础研究和器件应用中所起巨大作用而倍受关注。研究发现材料的经典磁电阻随外磁场具有二次方关系,在大磁场下, 磁电阻趋于饱和。特殊的是,非饱和线性磁电阻存在于具有开放费米面材料中。在解释这种非饱和线性磁电阻理论模型中,由Abrikosov等提出的“量子磁电阻”及Parish和Littlewood提出的经典物理模型最为典型。由于拓扑绝缘体具有零能隙狄拉克表面态,拓扑绝缘体材料的磁电阻引起 越来越多研究者兴趣。他们认为单晶材料的线性磁电阻是来源于材料二维无能隙拓扑表面态。另外,也有研究认为电子不均匀和导电性涨落对线性磁电阻也非常重要。直到现在,拓扑绝缘体材料中线性磁电阻的确切因素还不十分清楚。

通过气相化学沉积(CVD)的方法成功制备了Bi2Te3薄膜,发现这些薄膜材料是由Bi2Te3纳米 片连接而成。通过控制温度、气压、输运气体流量等条件,可以控制制备不同尺寸纳米片及不同纳米片密度的薄膜材料。Bi2Te3薄膜可以由不同密度及尺寸的纳米片组成。和其他拓扑绝缘体材料一样,发现线性磁电阻现象,即使外场加到14T,仍显示不饱和趋势。研究不同致密度薄膜材料,发现在很大磁电阻范围内,线性磁电阻和材料迁移率间存在普遍关系,即同一材料中,磁电阻和迁移率都随温度增加而减小。而不同致密度薄膜材料中,磁电阻和迁移率成正比关系,而且磁电阻越小,迁移率也越小。这些结果说明迁移率的涨落导致了典型线性磁电阻,这与Parish和Littlewood提出的理论完全吻合。我们有关Bi2Te3薄膜研究结果提供明确证据,证实材料物理上或结构上不均匀性是线性磁电阻的来源,并且为控制拓扑绝缘体材料磁电阻提供新的方法。相关工作发表在Nano Letter 14 (2014) 6510。

Typical SEM images of Bi2Te3 films

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