Bi2Te2Se上外延石墨烯的邻近效应诱导电子性质

我们报道，利用石墨烯界面拓扑绝缘体混合材料，可使石墨烯的$\pi$电子发生自旋极化，从而在狄拉克点（DP）处产生具有显著自旋轨道能隙的相。我们在化学气相沉积（CVD）石墨烯上生长了外延Bi2Te2Se（BTS）薄膜。在同步辐射光子测量的光发射数据中，我们观察到来自CVD石墨烯（明显展平）和BTS的两条线性表面带共存，其狄拉克点相差0.53 eV。我们进一步证明，通过调整吸附在石墨烯上的Cs原子量，可将两个DP之间的分离$\Delta D-D$人为精细调控至小至$\Delta D-D$ = 0.12 eV，以探寻DP引起的任何邻近效应。我们的密度泛函理论计算显示，$\pi$带中的自旋轨道能隙约为20 meV，比原始石墨烯增大了三个数量级；且当$\Delta D-D$ $\leq$ 0.20 eV时，伴随发生从半金属到量子自旋霍尔相的相变。因此我们提出了一种使石墨烯$\pi$带自旋极化的实用方法，这可能对推进基于石墨烯的自旋电子学至关重要。