三碲化铬薄膜生长和二碲化铬-三碲化二铋异质结的构建

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自石墨烯问世以来,二维范德瓦尔斯(2D vd W)层状材料凭借其优良的性能及广阔的应用前景,成为近些年来一直的研究热点。二维材料中的磁性研究一直是许多理论、实验和技术进展的核心,例如拓扑研究、自旋的操纵和探测等,同时其在未来存储器件方面也有着广泛的应用。因此寻找和合成新型二维材料就显得尤为重要。本文的工作通过分子束外延的方法,制备了Cr Te3薄膜和Cr Te2/Bi2Te3异质结,并使用低温扫描隧道显微镜对其进行表征,其主要结论如下:(1)Cr Te3的单晶表现为反铁磁特性,奈尔温度为55 K。理论计算表明,单层Cr Te3薄膜仍表现为反铁磁序。为在实验上探究其单层磁性,我们以高定向热解石墨(HOPG)作为衬底,利用分子束外延的方法生长了单层和双层Cr Te3薄膜。通过STM表征发现,Cr Te3的形貌呈现zigzag条纹。Cr Te3的电子态在空间上呈周期性排布,周期与表面zigzag条纹的周期大小一致。其电子态在费米面附近存在一个能隙,能隙的大小随着层厚增加会逐步减小,并且还会受到边界和周围Cr Te2区域的影响。Cr Te3在不同畴和边界处会存在畴界,畴界处的能隙会大大减小,并且与畴界的长短有关。通过掺钾实验,表明掺钾会使Cr Te3的能隙减小。对其进行自旋极化测量,并没有看到单层Cr Te3铁磁或者反铁磁的信号。(2)在Cr2Te3/Bi2Te3异质结上存在拓扑霍尔效应,他们认为这是磁性斯格明子的信号。但至今未在实空间表征过磁性斯格明子。为了在实空间寻找和测量斯格明子,我们利用石墨烯作为衬底,通过分子束外延的方法生长出Bi2Te3薄膜后,随后继续生长Cr Te2薄膜,构造Cr Te2/Bi2Te3异质结。通过STM表征发现,Cr Te2薄膜为嵌在Bi2Te3薄膜内部生长,并且表面有三种区域,Bi2Te3薄膜,多层Cr Te2薄膜,莫尔条纹。经过测量,莫尔条纹区域也为Cr Te2,而能否形成莫尔条纹在于Cr Te2在Bi2Te3薄膜的不同Bi原子层上生长。对其电子态表征发现,生长在Bi2Te3薄膜上的Cr Te2样品的电子态与其在石墨烯上的基本相同。通过自旋极化测量,并未发现斯格明子的踪迹。
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