室温下拓扑表面态主导的非线性横向响应与微波整流
材料科学
2024-10-30 v1
摘要
非线性霍尔效应（NLHE）为揭示量子材料中的对称性和拓扑性质提供了一种新方法，有望应用于微波整流和太赫兹探测等新型（光）电子器件。不依赖于贝里曲率偶极子（BCD）的非线性霍尔效应即使在室温下也能表现出鲁棒的响应，这对于实际应用非常理想。然而，在具有体反演对称性的材料中，体态和表面导电通道的共存常常导致NLHE被抑制以及复杂的厚度依赖行为。在此，我们报告了在三维拓扑绝缘体Bi2Te3薄膜中观察到的室温非线性横向响应，其电输运性质由拓扑表面态（TSS）主导。通过将Bi2Te3外延薄膜的厚度从7 nm变化到50 nm，我们发现非线性横向响应从7 nm到25 nm随厚度增加而增强，并在25 nm以上几乎保持不变。这与厚度依赖的基本输运性质（包括电导、载流子密度和迁移率）一致，表明在较厚的（>25 nm）Bi2Te3薄膜中存在纯净且稳定的TSS主导的线性和非线性输运。低于25 nm的Bi2Te3中较弱的非线性横向响应归因于Te缺陷和较差的结晶度。利用TSS主导的电学二次谐波产生，我们在30 nm和块体Bi2Te3中成功实现了从0.01到16.6 GHz的微波整流。我们的工作在一个典型的拓扑绝缘体中展示了室温非线性横向响应，并探讨了通过厚度工程调控拓扑二次谐波响应的方法。
引用
@article{arxiv.2410.22156,
title = {Topological surface state dominated nonlinear transverse response and microwave rectification at room temperature},
author = {Qia Shen and Jiaxin Chen and Bin Rong and Yaqi Rong and Hongliang Chen and Tieyang Zhao and Xianfa Duan and Dandan Guan and Shiyong Wang and Yaoyi Li and Hao Zheng and Xiaoxue Liu and Xuepeng Qiu and Jingsheng Chen and Longqing Cong and Tingxin Li and Ruidan Zhong and Canhua Liu and Yumeng Yang and Liang Liu and Jinfeng Jia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.22156},
year = {2024}
}