我校拓撲物理實驗室寇煦豐、張石磊課題組實現拓撲絕緣體異質結中復合反?;魻栃挠行д{控

ON2020-02-07文章來源 信息科學與技術學院CATEGORY新聞

磁性拓撲絕緣體中因其集多種物理相為一身的特點,成為凝聚態物理與自旋電子學的研究熱點,近年來許多新奇物理現象的發現均與該體系息息相關。相較于傳統的磁性摻雜方法,磁性拓撲絕緣體異質結通過將拓撲絕緣體與高溫磁性材料的有機結合,一方面可以獲得磁性的增強,另一方面可以利用不同耦合機制的分離對磁序和拓撲序分別進行獨立剪裁,從而實現對電子自旋態的操控。正因如此,合理構筑基磁性拓撲異質結體系將極大推動拓撲量子材料在自旋電子學方面的應用前景。針對上述科學問題,近日,我校拓撲物理實驗室寇煦豐團隊(信息學院)和張石磊團隊(物質學院)利用分子束外延(MBE)技術制備出基于(BixSb1-x2Te3/MnTe的磁性拓撲絕緣體異質結復合體系,同時通過精確的層厚和摻雜變化實現了對該體系中反?;魻栃挠行д{控。該研究成果以“Tailoring the hybrid anomalous Hall response in engineered magnetic Topological Insulator heterostructures”為題發表在國際知名學術期刊Nano Letters。

在具體的實驗中,寇煦豐課題組首先通過二維材料(CrSe)緩沖層的引入實現了在GaAs襯底上高質量Bi2Te3/MnTe異質結單晶薄膜的大面積外延生長。通過電學輸運測量,在體系中觀察到了復合反?;魻栃╝nomalous Hall effect,AHE)。在隨后的定量表征中,研究人員發現該霍爾響應可以分解為MnTe和Bi2Te3兩層磁性號的疊加,而且其強度隨頂層Bi2Te3厚度的增加而增加,由此揭示了MnTe通過與界面拓撲表面態作用產生的內秉鐵磁相。更重要的是,通過在Bi2Te3層中摻入Sb元素,能夠精準調控體系的載流子類型與濃度,從而首次實現了與貝里相位(Berry phase)相關的內秉AHE極性的操控。本工作不僅加深了對反?;魻栃獌仍谖锢頇C制的理解,同時證明了磁性拓撲絕緣體異質結在高效調控拓撲序和磁序方面的巨大優勢。這一研究成果對拓撲絕緣體在諸如磁存儲器、磁傳感器等方面的應用開辟了一條新的途徑。

上??萍即髮W是該項研究的第一完成單位,信息學院寇煦豐課題組2018級碩士研究生陳鵬、2019級博士研究生張勇、以及物質學院助理研究員姚岐為文章共同第一作者,上??萍即髮W拓撲物理實驗室寇煦豐教授、張石磊教授和姚岐為文章共同通訊作者。此外清華大學、牛津大學、英國“鉆石”同步輻射光源和美國加州大學歐文分校共同合作完成此項工作。該成果得到了上科大啟動基金、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上/青年項目、以及上海市青年科技英才揚帆計劃的大力支持。

文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.9b04932

磁性拓撲絕緣體異質結(BixSb1-x2Te3/MnTe體系中反?;魻栃募舨门c調控