拓扑绝缘体体电导率的调控：反位缺陷的关键作用
材料科学
2012-04-19 v1
摘要
二元铋硫族化合物 Bi2Ch3 被广泛视为最近发现的一种新型量子物质——三维拓扑绝缘体（TI）的模型范例 [1-4]。这些化合物具有单一的自旋螺旋表面态，该表面态因时间反演对称性而保证为金属性，应是实现 TI 自旋电子学与量子计算应用的理想材料 [5]。然而，迄今合成的绝大多数此类化合物根本不是绝缘体，反而具有有害的金属性体电导率 [2, 3]。这通常被认为是由缺陷的无意掺杂所致，但令人惊讶的是，对于不同化合物中起作用的缺陷性质以及如何将其有害作用降至最低的策略，人们理解甚少。在此，我们基于第一性原理计算，对铋硫族化物 TI 的缺陷图景进行了全面考察。我们发现，含 Te 与含 Se 的 TI 中本征缺陷形成能的基本差异，使得能够精确调控三元 Bi-Te-Se 合金体系的电导率。通过对这类三元合金进行系统的角分辨光电子能谱（ARPES）研究，并结合体输运测量，我们证明该方法可用于实现真正的拓扑绝缘体，即仅有一个狄拉克锥表面态与化学势相交。我们的微观计算揭示了反位缺陷在实现这一目标中的关键作用，并预测了实现最大电阻率三元 TI 的最佳生长条件。
引用
@article{arxiv.1204.4063,
title = {Controlling bulk conductivity in topological insulators: Key role of anti-site defects},
author = {D. O. Scanlon and P. D. C. King and R. P. Singh and A. de la Torre and S. McKeown Walker and G. Balakrishnan and F. Baumberger and C. R. A. Catlow},
journal= {arXiv preprint arXiv:1204.4063},
year = {2012}
}
备注
6 pages, 4 figures, 1 table