缓冲层控制的c面Al2O3衬底上红砷镍矿型与闪锌矿/纤锌矿型MnTe的生长
材料科学
2024-01-26 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
近年来，MnTe已被证明是本征磁性拓扑绝缘体家族[MnTe]m[Bi2Te3]n的关键组成部分，该家族根据m和n的选择，展现出广泛的磁拓扑性质。然而，由于热力学生长条件的严格限制，体单晶生长只能实现这些本征磁性拓扑绝缘体的少数几种m和n组合。克服这一挑战的一种方法是利用原子层逐层分子束外延技术，该技术允许形成超出热力学极限的任意[MnTe]m和[Bi2Te3]n序列。对于这种分子束外延生长，为其母体构建块MnTe找到最佳的生长模板和条件是关键要求。在此，我们报告了两种不同的六方相MnTe——红砷镍矿型和锌方矿/纤锌矿型结构，其面内晶格常数分别为4.20 +/- 0.04 Å和4.39 +/- 0.04 Å——可以通过使用不同的缓冲层和生长温度，在c面Al2O3衬底上选择性生长。此外，我们利用原子分辨率扫描透射电子显微镜首次对不同的MnTe相进行了比较研究，并表明锌方矿和纤锌矿状的堆垛序列可以轻易地在两者之间交替。令人惊讶的是，尽管In2Se3缓冲层的晶格常数（4.02 Å）更接近红砷镍矿相，却反而促进了锌方-纤锌矿相的生长；而Bi2Te3缓冲层与锌方-纤锌矿相共享相同的晶格常数（4.39 Å），却促进了红砷镍矿相的生长。这些发现表明，晶格匹配并非总是决定外延生长过程中择优相的最关键因素。总体而言，这将加深我们对硫族化物材料外延生长模式的理解，并加速向新型本征磁性拓扑绝缘体相以及其他磁拓扑应用的进展。
引用
@article{arxiv.2401.13982,
title = {Buffer-layer-controlled Nickeline vs Zinc-Blende/Wurtzite-type MnTe growths on c-plane Al2O3 substrates},
author = {Deepti Jain and Hee Taek Yi and Alessandro R. Mazza and Kim Kisslinger and Myung-Geun Han and Matthew Brahlek and Seongshik Oh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.13982},
year = {2024}
}