过渡金属硫族化合物1T-WTe2的MBE生长与STM研究

论文摘要

自从二十一世纪初人们通过机械剥离技术获得石墨烯以来,二维材料就进入了我们的视野,在科学以及相关的产业领域掀起了石墨烯的研究热潮。但随着研究的逐渐深入,石墨烯零能隙的问题逐渐凸显,这一缺陷限制了其应用范围,因此寻找具有大能隙、低维度且易制备的材料成为了后石墨烯时代的核心。过渡金属硫族化合物（TMDs）是一族具有多种结构层状材料,其中的2H相普遍具有大能隙,逐渐成为了新一代低维度材料的研究热点。近年来理论研究预言表明单层1T’相过渡族金属硫族化合物中具有量子自旋霍尔效应,再一次将我们的目光聚焦于二维拓扑绝缘体这一研究领域,掀起了相关领域的研究热潮。对于二维拓扑绝缘体来说,其具体电子态具有带隙,同时还具有受到拓扑保护的边界态,正是因为如此,使得这一类材料有可能用于自旋电子器件。早期受限于相关材料的结构特点,无法对于拓扑边界态进行直接的表征,也没有剥离出真正的单层系统,因此寻找理想单元的二维拓扑绝缘体成为研究热点。本文的研究中基于TMDs材料具有量子自旋霍尔效应的预言,选用WTe2这一具有唯一自然稳定相的TMDs材料作为研究对象,研究其宏观输运性质和微观电子结构。本文的实验中,我们借助于分子束外延（MBE）技术在Bilayer Graphene/SiC（0001）衬底表面成功地实现了单层1T’-WTe2的外延生长,并借助于扫描隧道显微镜/谱（STM/S）技术进行了结构和电子态的表征,实验发现当使用Bilayer Graphene/SiC（0001）衬底时,发现外延的单层WTe2与衬底间呈现为弱耦合状态,且在低温条件下存在有非公度的电荷密度调制。后续的实验以此为基础,借助于STS技术,发现Bilayer Graphene/SiC（0001）衬底表面单层1T’-WTe2体能态具有约20-40mV的能隙,且存在有拓扑边界态,同时针对于不同层数WTe2电子态密度的演变,发现随着层厚的增加WTe2的电子态出现了半导体逐渐转变为半金属的现象。针对单层1T’-WTe2的宏观输运性质,实验中基于分子束外延生长的单层1T’-WTe2薄膜,借助于综合物理性质测试系统（PPMS）以及标准四电极测试方法,进行了 1 T’-WTe2/Bilayer Graphenen/SiC（0001）体系的电输运测量以及磁阻测量,实验发现该体系呈现为强局域化体系,磁阻具有强的各向异性,可以通过磁场与电流之间相对角度的调节,实现由负磁阻与正磁阻之间的转变,为该体系的实际应用给出了一种可能。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 贾振宇

导师: 李绍春

关键词: 二维拓扑绝缘体,过渡金属硫族化合物,分子束外延,扫描隧道显微镜,变程跃迁

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京大学

分类号: O469

总页数: 124

文件大小: 10767K

下载量: 216

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