论文部分内容阅读
三维拓扑绝缘体是一种崭新的量子态，其体相为有带隙的绝缘体，而表面相则是一个由无质量的狄拉克费米子主导的无能隙的导电态。由于拓扑绝缘体中强自旋轨道耦合和时间反演不变性的联合作用，拓扑导电表面态呈现一种内禀的螺旋性，其载流子的动量方向与其自旋方向严格锁定。这类螺旋表面态的载流子与杂质作用时背散射被禁戒，所以，拓扑绝缘体在未来量子器件中有潜在的应用。 本工作从实验上观察了拓扑绝缘Bi2Te3介观薄片的AAS量子干涉，并对拓扑表面态的退相干和自旋螺旋性弛豫进行了探讨。利用机械解理的方法制备了Bi2Te3的介观样品，并施加电极。微区Raman光谱和变温电阻的测量证实，样品空间对称性良好并具有10-30 meV的带隙。样品电阻随磁场变化的测量结果给出周期性的振荡，磁场周期与样品截面积相乘等于磁通量子数h/e或h/2e。这验证了样品中拓扑表面态的存在。 还观察了磁阻振荡随着温度、磁场的变化。发现:在弱场下(0-0.5T)，h/e和h/2e的周期都存在;当磁场增强到0.5-1 T的范围时，h/e的周期依然存在，而h/2e的周期消失。我们保持弱场并从2K逐渐升温，观察到h/e的振荡周期逐渐减弱消失，而h/2e的周期可以在64K的较高温度下保持。h/2e周期的弱场环境，说明其来源为基于弱局域化的AAS振荡。我们提出，h/2e周期的振荡强度和h/e振荡强度之比是表面态自旋螺旋性的度量。由此，我们获得了我们样品表面态载流子的退相干长度和自旋螺旋性弛豫长度，分别为14微米和3.4微米。我们认为这一自旋螺旋性三维弛豫与Bi2Te3表面态能带接近导带底时独特的六角形形变有关。本工作是拓扑绝缘体表面态的AAS效应和自旋螺旋性弛豫的首次实验观察。这两个特征长度也足以支持拓扑绝缘体微器件的实现。