超薄 Bi$_2$Te$_3$ 薄膜中的基片控制核取生长动力学
材料科学
2026-03-19 v1
摘要
金属碲化物是具有前景的分层拓扑材料，但其电子性能常受到由缺陷引入的多余载流子并将费米能级移出拓扑相范围内的散生导电的限制。因此，控制早期生长和缺陷形成对于抑制bulk传输、增强表面态导电至关重要。本文研究了通过脉冲激光沉积在基片上生长的超薄Bi2Te3薄膜，探讨基片依赖的核取路径如何影响缺陷形成和电子输运。所有基片上均形成相纯、c轴取向的Bi2Te3，但生长形貌差异显著。具有明确五分层垫片的层状生长主要受基片粗糙度控制，而非晶格匹配：原子光滑的黄道矿和步状SrTiO3可形成连续垫片，而较粗糙的BaF2和非晶Si3N4则产生岛状结构薄膜。在两种光滑基片之间，SrTiO3更高的表面能促进掺杂原子吸附和核取密度，推动快速垂直生长和早期Te耗尽。输运测量显示n型导电，载流子浓度为10e19-10e20 cm-3。最高载流子浓度出现在SrTiO3上的薄膜上，这与高密度核取过程中的缺陷形成相一致；而迁移率与结构相干性和垫片形成相关。弱反局化信号确认mica和SrTiO3薄膜中相干传输。这些结果表明，基片粗糙度和核取密度是控制Bi2Te3薄膜缺陷形成并增强拓扑表面输运的关键参数。
引用
@article{arxiv.2603.17868,
title = {Substrate-controlled nucleation and growth kinetics in ultrathin Bi$_2$Te$_3$ films},
author = {Damian Brzozowski and Sander R. Hønnås and Egil Y. Tokle and Jørgen A. Arnesen and Ingrid G. Hallsteinsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.17868},
year = {2026}
}