拓扑绝缘体Bi2Te3中Dy掺杂的微观效应
材料科学
2018-08-07 v1
摘要
用过渡金属离子进行磁性掺杂是打破拓扑绝缘体中时间反演对称最广泛采用的方法，而这是释放拓扑绝缘体奇异潜力的前提。最近，我们报道了用稀土离子掺杂Bi2Te3薄膜，由于其具有较大的磁矩，有望在拓扑表面态中打开相应较大的磁能隙。然而，仅当用Dy掺杂时，在角分辨光电子能谱中观察到了可观的能隙，且该能隙持续至室温。尽管仅凭无序即可排除拓扑相变的原因，但对Dy:Bi2Te3磁性与电子性质的基元理解仍难以捉摸。在此，我们展示了关于微观磁性与电子性质的X射线磁圆二色性、极化中子反射、μ子自旋旋转与共振光电子能谱研究。我们发现薄膜并非简单的顺磁性，相反，所观察到的行为可很好地由缓慢涨落、非均匀磁畴的假设解释，且随温度降低其体积分数增加。在液氦温度下，通过施加中等磁场即可轻易引入较大的有效磁化强度，这意味着该材料非常适于与下层铁磁绝缘体邻近耦合或用于含过渡金属掺杂层的异质结构中。然而，至少在这些高度掺杂的样品中，不能排除掺杂剂引入了一些载流子。尽管如此，我们发现这些稀土掺杂样品中的磁序并非通过导电通道介导，因此磁序与载流子浓度有望独立调控。这对于过渡金属掺杂拓扑绝缘体一般而言并不成立。
引用
@article{arxiv.1808.01938,
title = {Microscopic effects of Dy-doping in the topological insulator Bi2Te3},
author = {L. B. Duffy and N. -J. Steinke and J. A. Krieger and A. I. Figueroa and K. Kummer and T. Lancaster and S. R. Giblin and F. L. Pratt and S. J. Blundell and T. Prokscha and A. Suter and S. Langridge and V. N. Strocov and Z. Salman and G. van der Laan and T. Hesjedal},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.01938},
year = {2018}
}
备注
9 pages, 5 figures