解耦拓扑绝缘体 $p$-$n$ 结中的表面与体输运

通过结合 $n$ 型 $\mathrm{Bi_2Te_3}$ 和 $p$ 型 $\mathrm{Sb_2Te_3}$ 拓扑绝缘体，可以形成垂直堆叠的 $p$-$n$ 结，从而能够将费米能级定位在体能隙中，并在 $n$ 型和 $p$ 型表面载流子之间进行调节。在此，我们利用低温磁输运测量来探测一系列具有不同顶层和底层相对厚度的垂直 $\mathrm{Bi_2Te_3/Sb_2Te_3}$ 异质结构中的表面和体输运模式。随着 $\mathrm{Sb_2Te_3}$ 层厚度的增加，我们观察到通过一个霍尔信号无法测量的特定厚度，行为从 $n$ 型转变为 $p$ 型。假设体态和表面态平行贡献，我们可以计算并重现电阻率的霍尔分量和纵向分量对薄膜厚度的依赖性。这突出了体导电通道所起的作用，重要的是，这些通道无法使用对表面敏感的光谱技术进行探测。我们的计算随后得到了半经典 Boltzmann 输运理论的支持，该理论严格证明了霍尔信号的消失。我们的结果为垂直拓扑 $p$-$n$ 结中表面和体的相对作用提供了关键的实验和理论见解。