铟掺杂ZnO纳米线表面层中的量子干涉输运

我们制备了铟掺杂ZnO（IZO）纳米线（NWs），并在低温下进行了四探针电输运测量。这些纳米线呈现出无序金属特征的电荷传导行为。除电阻$R$的$T$依赖性外，我们测量了垂直与平行磁场中的磁电阻（MR）。我们在不同$T$区间的$R(T)$与MR数据与一维（1D）、二维（2D）或三维（3D）弱局域化（WL）及电子-电子相互作用（EEI）效应的理论预言一致。特别地，观察到两种效应中的若干维度交叉现象。这些交叉现象与单个IZO纳米线中“核-壳状结构”的模型相符，其中厚度为$t$（$\simeq$ 15-17 nm）的外壳层负责量子干涉输运。在WL效应中，随着电子退相干长度$L_\phi$从最低测量温度起随$T$升高而逐渐减小，在$L_\phi$约等于$d$（略小于几何直径的有效纳米线直径）的特征温度附近发生1D到2D的维度交叉。当$T$进一步升高，在另一特征温度附近发生2D到3D的维度交叉，此时$L_\phi$约等于$t$（$< d$）。在EEI效应中，当热扩散长度$L_T$随$T$升高逐渐减小并接近$t$时，发生2D到3D的维度交叉。然而，未观察到向1D EEI效应的交叉，因为在我们的IZO纳米线中即便在$T$ = 1 K时$L_T < d$。此外，我们解释了支配$L_\phi$的各种非弹性电子散射过程。本工作表明，表面相关的传导过程对掺杂半导体纳米结构至关重要。