具有高量子迁移率的元素拓扑 Dirac 半金属 {\alpha}-Sn
材料科学
2021-10-27 v1
摘要
具有金刚石型晶体结构的 {\alpha}-Sn 因其丰富的拓扑相图和简单的元素材料结构，为研究新颖拓扑性质提供了理想途径。然而迄今为止，高质量 {\alpha}-Sn 的实现仍具挑战，这限制了对其实量子输运性质及器件应用的理解。在此，我们展示了在 InSb (001) 上外延生长迄今质量最高的 {\alpha}-Sn，并通过量子输运研究与第一性原理计算揭示其为拓扑 Dirac 半金属（TDS）。我们实现了前所未有的高量子迁移率：表面态（30000 cm^2/Vs）为先前报道值的十倍，体相重空穴（HH）态（1700 cm^2/Vs）则为实验上从未获得。这些优异特性使我们首次能在不同温度与不同磁场方向下，通过 Shubnikov-de Haas 振荡定量表征 {\alpha}-Sn 的非平庸界面与体能带结构。结果揭示了拓扑表面态（TSS）与体相 HH 能带的存在，二者均具有非平庸相移，表明 {\alpha}-Sn 的 TDS 相得以确立。此外，我们展示了随 {\alpha}-Sn 厚度变化，从 TDS 到二维拓扑绝缘体（2D-TI）的跨接及随后向平庸绝缘体的相变。我们的工作表明 {\alpha}-Sn 是研究新颖拓扑相的优异模型体系，也是拓扑器件的突出材料候选。
引用
@article{arxiv.2105.13884,
title = {Elemental topological Dirac semimetal {\alpha}-Sn with high quantum mobility},
author = {Le Duc Anh and Kengo Takase and Takahiro Chiba and Yohei Kota and Kosuke Takiguchi and Masaaki Tanaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.13884},
year = {2021}
}