[发明专利]双通道拓扑绝缘体结构、制备方法及产生量子自旋霍尔效应的方法

权利要求书

1.一种双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，包括：绝缘基底、第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、绝缘间隔层和第二拓扑绝缘体量子阱薄膜，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、所述绝缘间隔层和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜在所述绝缘基底上依次叠加，所述绝缘间隔层将所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜间隔；

所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜的材料由化学式M_yN_z(Bi_xSb_1-x)_2-y-zTe₃表示，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的材料由化学式M’_y’N’_z’(Bi_x’Sb_1-x’)_2-y’-z’Te₃表示，其中M，M’，N，N’独立的选自Cr、Ti、Fe、Mn和V中的一种；0x1，0≤y，0≤z，且0y+z2；0x’1，0≤y’，0≤z’且0y’+z’2；

所述绝缘间隔层包括纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe和闪锌矿结构的HgTe中的一种；

所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、所述绝缘间隔层和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的晶格匹配，共同形成一超晶格结构。

2.根据权利要求1所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第一晶格常数，所述绝缘间隔层具有第二晶格常数，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第三晶格常数，所述第一晶格常数和所述第二晶格常数的比值为1:1.1～1.1:1，所述第二晶格常数和所述第三晶格常数的比值为1:1.1～1.1:1。

3.根据权利要求1所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述绝缘间隔层分子束外延生长在所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜表面，所述绝缘间隔层的分子束外延生长温度和所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，所述绝缘间隔层的分子束外延生长温度和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，以及所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异均小于或等于100℃。

4.根据权利要求1所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜的厚度为5QL至10QL，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的厚度为5QL至10QL，所述绝缘间隔层的厚度为0.35nm～20nm。

5.根据权利要求1所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，还包括叠加在所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜上的绝缘保护层。

6.根据权利要求5所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述绝缘保护层包括纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe和闪锌矿结构的HgTe中的一种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第一矫顽场，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第二矫顽场，所述第一矫顽场大于或小于所述第二矫顽场。

8.根据权利要求7所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，x≠x’和/或y≠y’和/或z≠z’。

9.根据权利要求7所述的双通道拓扑绝缘体结构，其特征在于，M≠M’和/或N≠N’。