拓扑绝缘体的表面态调控及输运性质研究

Bi2Se3（Bi2Te3）是2009年被理论预言并同时被实验证实的一类新的三维拓扑绝缘体材料,具有重要的基础研究和应用价值并成为当前的研究热点。本项目中，我们将在获得Bi2Se3(Bi2Te3)单晶薄膜材料的基础上，围绕表面态这个拓扑绝缘体最核心的特征，在高质量材料的制备和表面态调控，以及表面态相关的物性分析两方面开展研究。首先通过优化生长条件以及衬底选择以及掺杂等方法，获得更高质量的单晶薄膜；其次通过薄膜的人工低维结构生长和界面剪裁手段，探索对Bi2Se3(Bi2Te3)的表面态进行的调控的方法；最后，对拓扑绝缘体自旋螺旋型表面态诱导的相关物性，如量子输运性质、光学性质等进行研究，并探索通过对表面态的调控来影响这些物性的手段。这些研究的目的探索对拓扑绝缘体这种新物质形态的基本物性的深入理解，并为进一步拓展拓扑绝缘体的应用提供可能的技术手段。

Bi2Se3（Bi2Te3）是2009年被理论预言并同时被实验证实的一类新的三维拓扑绝缘体材料,具有重要的基础研究和应用价值并成为当前的研究热点。在基金委面上项目《拓扑绝缘体的表面态调控和输运性质研究》中，我们在获得Bi2Se3(Bi2Te3)单晶薄膜材料的基础上，围绕表面态这个拓扑绝缘体最核心的特征，在高质量材料的制备和表面态调控，以及表面态相关的物性分析两方面开展研究。经过三年的努力，我们获得了一系列拓扑绝缘体的生长、表面态调控和输运性质研究的显著成果： (1)在拓扑绝缘体的生长方面，我们通过优化高质量的钛酸锶衬底制备方法，优化Bi2Se3薄膜的生长条件，又进一步提高了Bi2Se3薄膜的晶体质量，并获得了更大范围的栅电压调控能力。另外我们还通过生长三元拓扑绝缘体BixSb2-xTe3，利用成分和栅电压调控，实现整个样品完全从n型到p型的双极型转变；(2)在表面态调控方面，首创了通过背栅调节实现拓扑绝缘体上下表面的输运通道的分离的方法（3）此外，我们还在另一种新型二维拓扑绝缘体，即硅烯上做出一系列原创的工作，包括在国际上最早从实验上获得硅烯，并发现了硅烯的表面态的一系列奇特性质。