Bi2Se3纳米片的生长及其圆偏振光电流

庄航， 陈磊， 俞金玲

(福州大学物理与信息工程学院， 福建 福州 350108)

0 引言

拓扑绝缘体作为一类独特的非常规量子态物质， 其独特的物理特性， 近年来引起了人们的广泛兴趣[1-2]. Bi2Se3作为最有潜力的三维拓扑绝缘体之一， 由于强自旋轨道耦合而具有本征绝缘体态和金属表面态， 拥有自旋与动量垂直锁定的拓扑保护表面态[3-4]， 使其在自旋电子学、 低耗散电子学和量子计算中有着相当大的应用前景[5-7]. 多年来， 利用分子束外延法生长在不同衬底上的拓扑绝缘体的圆偏振光电流研究取得了很大进展[8]. 另外有研究人员通过外加顶栅或改变拓扑绝缘体的元素配比等方式调控了拓扑绝缘体的费米能级[9-10]. 文献[11]利用化学气相沉积法制备的Bi2Se3纳米片来研究离子液体栅压的门控作用. 但目前为止通过化学气相沉积法得到的纳米片电流都十分微小.

在实验中有多种方法获得Bi2Se3薄膜， 例如机械剥离[12]、 分子束外延[13]和化学气相沉积法. 机械剥离法操作简单， 得到的材料质量高但产量较少且形状不规整. 分子束外延法获得的样品晶格完整、 厚度与尺寸均可控， 但仪器昂贵成本过高. 化学气相沉积法原理简单， 成本相对较低， 可以生长出十几纳米厚的Bi2Se3薄膜.

本研究分析了在云母衬底上利用化学气相沉积法制备的Bi2Se3纳米片的物理化学性质， 研究了Bi2Se3纳米片在1 064 nm激光照射下的圆偏振光电流效应(circular photogalvanic effect, CPGE)的几种调控方法. 研究发现， Bi2Se3纳米片的圆偏振光致电流强度随入……