Huge permittivity and premature metallicity in Bi2O2Se single crystals
Huge permittivity and premature metallicity in Bi2O2Se single crystals
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Bi2O2Se 单晶中的巨大介电常数和过早金属丰度
DOI：
10.1007/s11433-021-1683-5
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发表时间：
2021-02
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Lin Xiao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu ZhuoKai;Wang JiaLu;Wang Tao;Hu WangHua;Yang XiaoHui;Lin Xiao
Bi2O2Se是一种很有前途的下一代半导体电子材料。由于引入了少量电子，它表现出过早的金属性，其背后的物理原理仍然难以捉摸。本文报道了Bi2O2Se单晶在不同载流子密度下的输运和介电测量。与温度相关的电阻率(ρ)表明了从半导体到金属状态的平稳演化。发生金属-绝缘体转变的临界浓度非常低(NC∼1016 cm−3)。绝缘样品的相对介电常数很大(ϵr≈155(10))，且随温度变化缓慢。结合光有效质量，导出了长玻尔有效半径(AB*≈36(2))，根据MITs的Mott判据，合理地解释了金属早熟现象。低温下高的电子迁移率(µ)可能是由于巨大的≈r而屏蔽了电离散射中心。我们的发现揭示了二维(2D)Bi2O2Se器件的电子动力学。
Bi2O2Se is a promising material for next-generation semiconducting electronics. It exhibits premature metallicity on the introduction of a tiny amount of electrons, the physics behind which remains elusive. Here we report on transport and dielectric measurements in Bi2O2Se single crystals at various carrier densities. The temperature-dependent resistivity (ρ) indicates a smooth evolution from the semiconducting to the metallic state. The critical concentration for the metal-insulator transition (MIT) to occur is extraordinarily low (nc∼1016cm−3). The relative permittivity of the insulating sample is huge (ϵr≈ 155(10)) and varies slowly with temperature. Combined with the light effective mass, a long effective Bohr radius (aB*≈ 36(2)) is derived, which provides a reasonable interpretation of the metallic prematurity according to Mott’s criterion for MITs. The high electron mobility (µ) at low temperatures may result from the screening of ionized scattering centers due to the huge≈r. Our findings shed light on the electron dynamics in two dimensional (2D) Bi2O2Se devices.
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