拓扑奇异磁性半导体纳米结构的掺杂调控与自旋输运

我们在本项目所支持的拓扑奇异磁性半导体（即磁性掺杂的拓扑绝缘体）及相关领域开展了系统工作，完成了预定的研究任务，取得了若干有创新性的研究成果。四年来发表论文18篇，包括Nat. Comm.、Adv. Mater.、Nano Lett.、PRB、Sci. Rep.、JPCC、Opt. Exp.各一篇和APL三篇；并参与出版专著《量子物理》一部。主要实现了高质量磁性拓扑绝缘体的合成，所获得的Sm掺杂Bi2Se3拓扑绝缘体单晶体具有极高的迁移率，实验与理论研究均确认Sm离子贡献了样品的铁磁性，且居里温度不随载流子浓度的变化而变化。在若干本征及磁性掺杂的拓扑绝缘体中（如二元Bi2Se3和Bi2Te3、三元Bi2Te2Se、四元BiSbTeSe2、Fe掺杂Bi2Se3、Cu掺杂Bi2Te3、Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3），详细研究了它们的低温强磁场输运性质、霍尔效应及老化机制，获得了与拓扑表面态相关的SdH振荡、弱局域/弱反局域化、普适电导涨落、AB振荡、AAS振荡、上下表面金属态耦合等丰富的量子干涉行为，从而加深了人们对拓扑表面态及其自旋输运和调控的理解。另外也初步尝试了基于拓扑绝缘体横向异质结的电子器件的制备和基于拓扑绝缘体纳米带的自旋阀纳米器件的制备。该项目所获得的这些成果预示了拓扑绝缘体在低耗散新型自旋电子器件中的潜在应用。