Li,Ir,Pb摻雜拓?fù)浣^緣體Bi2Se3及其與FeSe復(fù)合結(jié)構(gòu)特性的研究.pdf

1、近些年來(lái)，拓?fù)浣^緣體和超導(dǎo)材料已經(jīng)成為物理學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。拓?fù)浣^緣體(TIs)是體內(nèi)絕緣，表面態(tài)呈現(xiàn)為金屬導(dǎo)電性，表面態(tài)因受時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)的保護(hù)而不易被一般雜質(zhì)干擾。Bi2Se3體內(nèi)具有較大的帶隙和相對(duì)簡(jiǎn)單的能帶結(jié)構(gòu)，其布里淵區(qū)只有一個(gè)狄拉克錐，因?yàn)檫@些優(yōu)良性質(zhì)使得Bi2Se3在眾多的拓?fù)浣^緣體中脫穎而出。在拓?fù)浣^緣體材料中引入鐵磁序，可以破壞表面態(tài)，誘導(dǎo)出自旋-軌道耦合的帶隙，實(shí)現(xiàn)反常量子霍爾效應(yīng)，人們可以利用這一物理現(xiàn)象來(lái)制備各種

2、量子元器件。反常量子霍爾效應(yīng)已經(jīng)在2013年被證實(shí)存在，但是小帶隙和低居里溫度都會(huì)極大影響其在實(shí)驗(yàn)中的觀(guān)察，所以科研工作者們需要繼續(xù)探索找出能實(shí)現(xiàn)高溫反常量子霍爾效應(yīng)的材料。
　　超導(dǎo)材料因其具備抗磁性、零電阻和約瑟夫森效應(yīng)而具有極大的發(fā)展?jié)摿?。近些年?lái)發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料，其零電阻轉(zhuǎn)變溫度超過(guò)了由BCS理論所推導(dǎo)的極限值，因而吸引了人們很大的關(guān)注。FeSe具有簡(jiǎn)單的化學(xué)式，在實(shí)驗(yàn)室中容易制備，不含有毒重金屬元素，這些特點(diǎn)使其受到廣

3、泛研究。拓?fù)浣^緣體與超導(dǎo)材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)馬約拉納(Majorana)費(fèi)米子，從而有望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)用。基于以上情況，全文內(nèi)容分成兩部分:
　　第一部分研究元素Li、Ir、Pb分別摻雜Bi2Se3的性能。在金屬Li摻雜Bi2Se3的系列樣品中，所有摻雜樣品在低溫區(qū)都出現(xiàn)了金屬-絕緣轉(zhuǎn)變，表面態(tài)電導(dǎo)在低溫區(qū)占主導(dǎo)地位;少量的金屬Li能抑制聲子散射作用，而高濃度的Li則會(huì)加強(qiáng)聲子散射;磁化率隨磁場(chǎng)變化曲線(xiàn)中，樣品的磁

4、性發(fā)生了明顯的變化，磁性由純Bi2Se3的抗磁性轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s后的鐵磁性，說(shuō)明Li摻雜Bi2Se3能誘導(dǎo)出鐵磁性。在Ir、Pb摻雜Bi2Se3的樣品中，所有樣品都是六方晶系的層狀結(jié)構(gòu);少量摻雜時(shí)主要替代Bi，高摻雜量時(shí)有少量的原子插入Bi2Se3的原子層間;電阻率隨摻雜量的增加先升高后降低。
　　第二部分制備FeSe與Bi2Se3的復(fù)合樣品。在以Bi2Se3為主體的系列樣品中，樣品都呈現(xiàn)為弱金屬導(dǎo)電;摻雜量高(7wt％)的樣品在測(cè)試溫