Quantum confinement effect in Sb thin films
介观与纳米尺度物理
2025-08-01 v1 材料科学
摘要
砷 (Sb) 是一种具有强自旋轨道耦合的元素，理论上可在二维极限下发生由量子约束效应驱动的从拓扑半金属向拓扑绝缘体的相变。本研究采用分子束外延法生长的 Sb 薄膜，运用电子输运测量和角分辨光子能谱 (ARPES) 进行表征。电子输运测量显示出修改后的能带结构特征，包括多载流子类型的霍尔响应、载流子浓度的降低，以及随薄膜厚度减小而纵向电阻曲线从二次方转为一次方的转变。温度依赖的磁阻进一步显示在 16 K 以下出现弱反位隆化，表明强自旋轨道耦合，暗示非平凡拓扑状态的存在。对 WAL (弱反位隆化) 特征的分析揭示了单个一致的导电通道，以及厚度相关的相脱相互作用机制变化。补充的 ARPES 测量确认，薄膜厚度减小可在 M 点提升导带，与能隙出现一致。这发现支持了理论预测，即量子约束效应驱动的能带结构演化具有厚度依赖性，为进一步探索 Sb 以及 Bi1-xSbx 中的拓扑相变提供了基础。实现具有简化化学计量和半导体兼容性的元素拓扑材料，为下一代混合系统及其在自旋tronics 和量子技术中的应用指明了广阔前景。
引用
@article{arxiv.2507.23014,
title = {Quantum confinement effect in Sb thin films},
author = {Anuradha Wijesinghe and Yongxi Ou and Anjali Rathore and Chandima Edirisinghe and Pradip Adhikari and An-Hsi Chen and Dustin Gilbert and Anthony Richardella and Nitin Samarth and Joon Sue Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.23014},
year = {2025}
}
备注
19 pages, 10 figures