Li,Ir,Pb摻雜拓撲絕緣體Bi2Se3及其與FeSe復合結構特性的研究.pdf

1、近些年來，拓撲絕緣體和超導材料已經(jīng)成為物理學研究領域中的熱點。拓撲絕緣體(TIs)是體內(nèi)絕緣，表面態(tài)呈現(xiàn)為金屬導電性，表面態(tài)因受時間反演對稱的保護而不易被一般雜質干擾。Bi2Se3體內(nèi)具有較大的帶隙和相對簡單的能帶結構，其布里淵區(qū)只有一個狄拉克錐，因為這些優(yōu)良性質使得Bi2Se3在眾多的拓撲絕緣體中脫穎而出。在拓撲絕緣體材料中引入鐵磁序，可以破壞表面態(tài)，誘導出自旋-軌道耦合的帶隙，實現(xiàn)反常量子霍爾效應，人們可以利用這一物理現(xiàn)象來制備各種

2、量子元器件。反常量子霍爾效應已經(jīng)在2013年被證實存在，但是小帶隙和低居里溫度都會極大影響其在實驗中的觀察，所以科研工作者們需要繼續(xù)探索找出能實現(xiàn)高溫反常量子霍爾效應的材料。
　　超導材料因其具備抗磁性、零電阻和約瑟夫森效應而具有極大的發(fā)展?jié)摿Α＝┠陙戆l(fā)現(xiàn)的鐵基超導材料，其零電阻轉變溫度超過了由BCS理論所推導的極限值，因而吸引了人們很大的關注。FeSe具有簡單的化學式，在實驗室中容易制備，不含有毒重金屬元素，這些特點使其受到廣

3、泛研究。拓撲絕緣體與超導材料構成的異質結中可能會發(fā)現(xiàn)馬約拉納(Majorana)費米子，從而有望實現(xiàn)量子計算機的研發(fā)應用。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-絕緣轉變，表面態(tài)電導在低溫區(qū)占主導地位;少量的金屬Li能抑制聲子散射作用，而高濃度的Li則會加強聲子散射;磁化率隨磁場變化曲線中，樣品的磁

4、性發(fā)生了明顯的變化，磁性由純Bi2Se3的抗磁性轉變?yōu)閾诫s后的鐵磁性，說明Li摻雜Bi2Se3能誘導出鐵磁性。在Ir、Pb摻雜Bi2Se3的樣品中，所有樣品都是六方晶系的層狀結構;少量摻雜時主要替代Bi，高摻雜量時有少量的原子插入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)為弱金屬導電;摻雜量高(7wt％)的樣品在測試溫