半导体兼容的拓扑数字合金
材料科学
2025-03-31 v2
摘要
最近，GeSn 合金因直接红外光子学及其作为半导体行业兼容的拓扑材料而引起广泛关注。然而，对于光子学，所需的高Sn含量导致探测灵敏度低，伴随材料质量差的问题；而实现拓扑性所需的>35% Sn在实验中尚未实现。本文展示，通过在Ge中模式化Sn分布，电子性质的可调性远超随机合金所可能的。对于沿Ge[111]方向将Sn原子限制于原子层(s)形成的GeSn δ-数字合金 (DA)，我们证明约10%的Sn即可实现三点半金属。我们通过Sn有序性导致Sn和Ge带边的空间分离来理解这些发现，从而导致能带反转。该机制也可导致弱拓扑绝缘体、Weyl半金体，并实现可调的直接带隙，下调至2 meV，覆盖整个红外波段。我们还在化合物半导体如InAs1-xSbx中识别到了DA诱导的拓扑性质，显示出在常规半导体平台上实现拓扑性质的DA设计的普适性。我们的发现不仅指向当前尚未探索的新型拓扑体系，可通过异长法实现，还为在Si光子集成电路和红外图像传感器中用于红外激光二极管和光电探测器的低Sn GeSn DAs 奠定了前景。
引用
@article{arxiv.2502.10572,
title = {Semiconductor-compatible topological digital alloys},
author = {Yunfan Liang and Damien West and Shunda Chen and Jifeng Liu and Tianshu Li and Shengbai Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.10572},
year = {2025}
}