无 Bulk 态的 3D 拓扑绝缘体表面载流子高磁场依赖迁移率
介观与纳米尺度物理
2025-11-20 v1 材料科学
摘要
通过应用常规的两流体模型对磁阻率张量进行分析，我们揭示了在含锶-镱-�锑-碟硅中的 tetradymite 拓扑绝缘体中，表面态载流子迁移率可达约 2 万 cm²/V·s（bulk 晶体和薄片）。该 3D 拓扑绝缘体的 bulk 晶体在低于 100 K 时显示出从 bulk 到 surface 主导导电的转变，而在薄片中，bulk 导电在更高温度下即被抑制。我们的数据表明，提升迁移率的关键要素是 Fermi 能级处无 bulk 载流子。高迁移率载流子的特征标志是低场磁阻呈现陡峭变化，伴随在 1 T 以下强烈的霍尔效应非线性，这表明即使在 bulk 态被冻结时，仍存在至少两种与表面相关的载流子种类。要解释在更广范围的磁场（>1 T）下的磁阻和霍尔效应，必须假设载流子迁移率随磁场而下降。鞋氏分裂对迁移率和异常霍尔导电率的影响提供了对磁阻和霍尔系数非线性的更好描述。我们的数据迫切需要对 3D 拓扑绝缘体的表面态迁移率进行修订。
引用
@article{arxiv.2511.07992,
title = {High and Magnetic-field-dependent Surface Carriers Mobility in 3D Topological Insulators without Bulk States},
author = {M. V. Pugachev and A. E. Borisov and A. V. Shupletsov and V. O. Sakhin and E. F. Kukovitsky and A. Yu. Kuntsevich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.07992},
year = {2025}
}
备注
Main: 7 pages, 4 figures. Supplementary: 2 pages, 4 figures