Bi2Te3-xSex体系单晶的生长和输运性质测量.doc

  Bi2Te3-xSex 体系单晶的生长和输运性质 测量# 闫亚军，李泽源，罗习刚** 5 10 15 20 25 30 （中国科学技术大学物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)，合肥 230026） 摘要：利用助熔剂的方法成功生长了 Bi2Te3-xSex（x=0-3.0）单晶。其 c 方向晶格常数随 Se 含量的增加而线性减小。随着 Se 的掺杂电阻率急速增加，并且在 Te:Se=2:1 时达到最大。 Te:Se=2:1 的单晶电阻率温度依赖关系表现出绝缘体型的行为，表明这一组分的单晶可能适 合于进行拓扑绝缘输运特性的研究。 关键词：拓扑绝缘体系；Be2Te3-xSex；输运行为 Single Crystals Growth and Transport Properties of Bi2Te3-xSex Yan Yajun, Li Zeyuan, Luo Xigang (Hefei National Laboratory for Physical Science at Microscale and Department of Physics, HeFei 230026) Abstract: We have grown Bi2Te3-xSex（x=0 - 3.0）single crystals by using self-flux method. The length along c-axis decreases linearly upon Se doping. Resistivity increases rapidly with increasing Se content, and reaches maximum when Te:Se=2:1. And for the crystal with Te:Se=2:1, insulator-type resisitivity was observed, suggesting such composition of crystal may be a good candidate for investigating the properties of the topological insulators. Keywords: topological insulator system; Be2Te3-xSex; transport properties 0 引言 Be2Se3 这种材料在过去几十年里被大量的研究，主要因为其热电性质。2009 年关于 Bi2Se3 中存在拓扑保护的表面态的报道重新点燃了研究者们对这种材料的兴趣[1,2]。理论预 言的拓扑表面态在角分辨光电子能谱测量中可以清楚的观察到[1]，但是在输运测量中却很 难从体电导行为中提取出来[3]，说明这种材料中的输运测量很微妙。Bi2Se3 是 n 型，其中通 常含有很多 Se 的缺陷，而 Bi2Te3 是 p 型，却具有很好的体金属性[4]，所以 Bi2Se3 和 Bi2Te3 对于用输运测量来研究拓扑表面态的特性都不是很理想。通过 Te 和 Se 的互掺可能是解决这 一问题的有效途径之一。本文将报道 Bi2Te3-xSex（x=0 - 3.0）单晶的生长以及其输运性质的 测量，实验数据表明，在 Te:Se=2：1 时，其类似绝缘体的行为最为明显。 1 实验部分  35  1.1  单晶生长 Bi2Te3-xSex 单晶是利用自助熔剂方法生长的。化学计量的 Bi、Te、Se 单质混合均匀后 放在石英管中抽成高真空（P10-4Pa），然后在 850-900 oC 保温 20 小时，再以 5 oC/小时的 速度降温到 500 oC，关闭高温炉电源。冷却后可以得到大量单晶，单晶尺寸可以达到 5×5 毫米见方，得到的晶体都有非常闪亮的表面。单晶对空气有一定的敏感，长时间放置在空气 基金项目：高等学校博士学科专项科研基金资助课题(200803580040) 作者简介：闫亚军，（1987-），女，博士研究生，主要研究方向为新型功能材料。 通信联系人：罗习刚，（1977-），男，中国科学技术大学物理系副教授，主要研究方向是非常规超导电性 和新型功能材料。E-mail: xgluo@ustc.edu.cn -1- 40  中会影响电阻率行为。  图 1 Bi2Te3-xSex 单晶 X 射线衍射图谱.  Fig. 1 Single-crystalline X-ray diffraction patterns for Bi2Te3-xSex with different x.  45  1.2  图 2 Bi2Te3-xSex 单晶 c 方向长度随 Se 含量的变化曲线. Fig.2 x depend