利用分子异质结调控具有强自旋轨道耦合的 Bi2Se3 薄膜电子态
材料科学
2025-12-11 v2
摘要
电偏置可沿拓扑绝缘体的狄拉克锥移动费米能级并改变其电荷输运，但在不破坏表面拓扑的前提下调控电子态和自旋轨道耦合（SOI）具有挑战性。这里，我们展示薄层 Bi2Se3/n-p（p-n）分子二极管形成有序界面，其中电荷转移和轨道再杂化导致载流子密度降低（升高）并改善迁移率。在 Bi2Se3 中，自旋轨道寿命 t_so 为 0.13 ps，与最强的自旋轨道材料相当。添加 p-n（n-p）分子二极管后，该寿命进一步降至 0.06 ps（0.09 ps），达到可测量值的极限。这种增强的自旋轨道耦合即使在分子由轻元素组成的情况下也能发生，并将载流子平均自由程提高近 50%，表明杂化点附近的贝里曲率和/或 Rashba 劈裂发生了变化。拉曼光谱提供了证据，表明耦合效应可通过光辐照控制，为设计具有光可调量子输运的重-轻元素杂化材料开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2512.04922,
title = {Tuning the Electronic States of Bi2Se3 Films with Large Spin-Orbit Interaction Using Molecular Heterojunctions},
author = {Matthew Rogers and Craig Knox and Bryan Hickey and Lida Ansari and Farzan Gity and Timothy Moorsom and Mairi McCauley and Gilberto Teobaldi and Manuel dos Santos Dias and Hari B. Vasili and Manuel Valvidares and Mannan Ali and Gavin Burnell and Ahmet Yagmur and Satoshi Sasaki and Oscar Cespedes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.04922},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 4 figures, 1 table