Bi$_2$O$_2$Se单晶中的巨大介电常数与过早金属化

Bi$_2$O$_2$Se 是下一代半导体电子器件的一种有前景的材料。它在引入极少量电子时即表现出过早金属化，其背后的物理机制仍不清楚。本文报道了不同载流子浓度下 Bi$_2$O$_2$Se 单晶的输运与介电测量。温度依赖的电阻率（$\rho$）表明从半导体态到金属态的平滑演化。发生金属-绝缘体转变（MIT）的临界浓度极低（$n_\textrm{c}\sim10^{16}$ cm$^{-3}$）。绝缘样品的相对介电常数巨大（$\epsilon_\textrm{r}\approx155(10)$）且随温度变化缓慢。结合轻有效质量，推导出的长有效玻尔半径（$a_\textrm{B}^*\approx36(2)$ $\textrm{nm}$）根据 Mott 的 MIT 判据对金属化过早现象提供了合理解释。低温下的高电子迁移率（$\mu$）可能源于巨大 $\epsilon_\textrm{r}$ 对电离散射中心的屏蔽。我们的发现为二维（2D）Bi$_2$O$_2$Se 器件中的电子动力学提供了启示。