[发明专利]一种区分Bi2Se3表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的方法

说明书

本发明涉及一种区分Bi2Se3表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的方法。该方法在钛酸锶衬底的（111）晶面上生长拓扑绝缘体Bi₂Se₃；而后用高斯分布的圆偏振激光在垂直入射的情况下激发拓扑绝缘体Bi₂Se₃的体态和表面态的光致逆自旋霍尔效应电流，测得当光斑位置在两电极连线的垂直平分线上移动时的光致逆自旋霍尔效应电流；最后，通过建立区分拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的定量拟合模型，并进行模型拟合，得到体态和表面态的光致逆自旋霍尔电流。本发明方法，十分简单易行，成本低廉，有利于日后推广应用；且所得结果准确。

技术领域

本发明属于自旋电子学领域，具体涉及一种区分Bi2Se3表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的方法。

背景技术

拓扑绝缘体由于其具有奇异的物理性质以及在量子计算、自旋电子学等领域的潜在应用前景，受到人们的广泛关注。Bi2Se3是拓扑绝缘体家族的典型代表，因为它具有较宽的带隙和单对的狄拉克锥。然而，由于Bi2Se3材料中存在较多的Se空位以及生长环境中气体杂质的影响，Bi2Se3通常表现为n型，即体态并非绝缘，而是有较大体电导。这使得人们很难获得单纯由表面态引起的电流信号，测得的信号往往是体态和表面态的混合信号。因此，找到一种能够将表面态和体态分离的方法显得十分重要。

目前报道的文献中，主要通过角分辨光电子能谱以及扫描隧道显微镜来观察拓扑绝缘体的表面态。然而，这两种方法并不能获得拓扑绝缘体表面态电学相关的信息。光致逆自旋霍尔电流是一种研究材料自旋霍尔效应以及自旋相关电学性能的有效手段，然而，对于拓扑绝缘体Bi2Se3来说，其测得的光致逆自旋霍尔电流往往是体态和表面态的叠加，难以将它们进行区分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种区分Bi2Se3表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的方法，采用高斯分布的圆偏振激光在垂直入射的情况下激发拓扑绝缘体Bi2Se3的体态和表面态的光致逆自旋霍尔效应电流，测得当光斑位置在两电极连线的垂直平分线上移动时的光致逆自旋霍尔效应电流，然后，通过进行模型拟合，得到体态和表面态的光致逆自旋霍尔电流。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种区分Bi2Se3表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的方法，在钛酸锶衬底的(111)晶面上生长拓扑绝缘体Bi₂Se₃；而后用高斯分布的圆偏振激光在垂直入射的情况下激发拓扑绝缘体Bi₂Se₃的体态和表面态的光致逆自旋霍尔效应电流，测得当光斑位置在两电极连线的垂直平分线上移动时的光致逆自旋霍尔效应电流；最后，通过建立区分拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面态与体态光致逆自旋霍尔电流的定量拟合模型，并进行模型拟合，得到体态和表面态的光致逆自旋霍尔电流。

在本发明一实施例中，所述拓扑绝缘体Bi₂Se₃的厚度范围在6至20纳米。

在本发明一实施例中，所述拓扑绝缘体Bi₂Se₃的导电类型为n型。

在本发明一实施例中，所述拓扑绝缘体Bi₂Se₃采用MBE设备生长。

在本发明一实施例中，该方法具体实现步骤如下，

(1)在拓扑绝缘体Bi₂Se₃样品上用电子束蒸发制备两个直径约为0.4mm的圆形电极，电极间距约为1.2mm；

(2)用具有高斯分布的1064nm的激光依次通过斩波器、起偏器、四分之一波片，然后垂直入射在样品两电极连线的中点；激光光斑直径约为1mm，激光功率约为250mW；