基于碲化铋固溶体的拓扑层状 n 型热电材料

在基于 $Bi_{2}Te_{3}$ 并作原子替代 Bi $\rightarrow$ In、Te $\rightarrow$ Se、S 的拓扑 n 型热电材料中，利用扫描隧道显微镜与谱学（STM/STS）技术研究了范德瓦耳斯层间（0001）表面上狄拉克费米子的形貌与表面态。通过 STM 方法，发现了表面上明暗斑点，其强度依赖于固溶体的组成与热电性质。固溶体中观察到的表面形貌特征由原子替代引起的表面电子态畸变、掺杂杂质影响及结构缺陷形成所解释。对（0001）表面形貌 STM 图像作快速傅里叶变换（FFT），以获得由缺陷散射表面电子所引起的准粒子激发干涉图样。由隧穿谱分析确定了狄拉克点能量及其涨落、表面缺陷峰能量、价带与导带边位置以及能隙。发现了狄拉克费米子表面态参数与热电性质间的相关性。因此，在高功率因子固溶体中，费米子表面态的贡献随表面浓度升高而增大，最大浓度值出现于 $Bi_{1.98}In_{0.02}Te_{2.85}Se_{0.15}$ 组成中。不同固溶体的费米能量对波矢的依赖性由一组狄拉克锥截面描述，这些截面在狄拉克点能量涨落限度内彼此接近，这由所研究碲化铋子格原子替代中费米速度微弱变化所解释。