分子束外延生长的应变 FeSe 薄膜中绝缘体类行为与金属电子结构共存
强关联电子
2019-01-28 v1 材料科学
超导电性
摘要
本文报道了约 10 nm 厚的 FeSe 薄膜在其电阻率温度依赖性方面表现出绝缘体类行为，尽管体相 FeSe 具有已被光电子能谱和第一性原理计算证实的金属电子结构。这一表观矛盾可通过导带中形成的势垒来解释。我们通过分子束外延制备了具有不同 [Fe]/[Se] 比例的极薄 FeSe 外延薄膜，并根据晶格应变和电学性质将其分为两组。随着 [Fe]/[Se] 增加至 1.1，晶格参数 a 增大而晶格参数 c 减小，随后 a 趋于平稳而 c 在更高 [Fe]/[Se] 时开始减小。因此，当 [Fe]/[Se] 为 1.1 时 FeSe 薄膜具有最大的晶格应变，但这些薄膜在结晶度和表面平整度方面质量最佳。所有 [Fe]/[Se] 为 0.8-1.9 的 FeSe 薄膜均表现出绝缘体类行为，但其电阻率的温度依赖性在富 Se 和富 Fe 区域表现出不同的激活能 Ea；即，在 [Fe]/[Se] 达到 1.1 之前 Ea 较小（几 meV），但在更高 [Fe]/[Se] 时跃升至约 25 meV。[Fe]/[Se]=1.1 的薄膜具有最小的 Ea（1.1 meV），并在栅极偏压下于 35 K 发生零电阻的绝缘体-超导转变。富 Fe 薄膜较大的 Ea 归因于面内拉伸和面外弛豫的异常晶格应变。与 [Fe]/[Se]=1.1 的薄膜（约 17 meV）相比，[Fe]/[Se]>1.1 的薄膜具有较大的 Ea，导致其在导带中形成约 50 meV 的高势垒，从而降低了渗流载流子电导的迁移率。因此，尽管富 Fe 薄膜具有金属电子结构，但其表现出类似于半导体的显著绝缘体类行为。
引用
@article{arxiv.1901.08780,
title = {Insulator-like behavior coexisting with metallic electronic structure in strained FeSe thin films grown by molecular beam epitaxy},
author = {Kota Hanzawa and Yuta Yamaguchi and Yukiko Obata and Satoru Matsuishi and Hidenori Hiramatsu and Toshio Kamiya and Hideo Hosono},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.08780},
year = {2019}
}