【摘 要】
：
寻找具有优异电子输运性质的新型低维半导体材料,不仅对于实现工业应用中的纳米尺度器件很有吸引力,而且也是作为强自旋轨道耦合系统基础研究的理想平台。最近,一种新型的层状氧化物半导体Bi2O2Se,由于其卓越的电子性能、超高迁移率、环境中的高稳定性和适当的能隙而备受关注。本论文通过对Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的极低温量子输运研究,展示了Bi2O2Se在复合超导器件的构建及未来量子电子学等方面的远大应
【机 构】
：
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
：
中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
论文部分内容阅读
寻找具有优异电子输运性质的新型低维半导体材料,不仅对于实现工业应用中的纳米尺度器件很有吸引力,而且也是作为强自旋轨道耦合系统基础研究的理想平台。最近,一种新型的层状氧化物半导体Bi2O2Se,由于其卓越的电子性能、超高迁移率、环境中的高稳定性和适当的能隙而备受关注。本论文通过对Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的极低温量子输运研究,展示了Bi2O2Se在复合超导器件的构建及未来量子电子学等方面的远大应用前景。其主要内容包括:第一章:简要介绍Bi2O2Se的材料性质以及相关的输运实验和理论背景。然后,介绍了本文的研究动机。第二章:简要介绍了高质量Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的生长以及随后的器件制备方法和过程。第三章:我们基于这种新型且具有强自旋轨道耦合的半导体材料Bi2O2Se纳米薄片构建了邻近型约瑟夫森结。通过门电压调控,我们不仅可以实现超流的关闭和打开,同时还可以调控超流在实空间中的路径。鉴于这些出色的性质并结合强自旋轨道耦合,我们的工作表明Bi2O2Se可以作为研究众多新奇物理现象的理想平台。第四章:我们开展了一种新型半导体材料Bi2O2Se纳米线的低温电子传输研究,意外地观察到随纵向磁场、可门电压调控的h/e周期性电阻振荡,证明了Bi2O2Se纳米线中存在一种新奇的准弹道且相位相干的表面态。数值计算的态密度与实验数据高度吻合,阐明了其产生机制是基于纳米线圆周方向形成的一维子能带,而不是通常认为的Aharonov-Bohm干涉。同时,我们也提出了基于能带弯曲的物理图像去定性地描述该表面态的产生。第五章:总结和展望。
其他文献
电荷与自旋掺杂的“捆绑”是传统稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductor,DMS）的固有缺陷。为了克服这一难题,本论文研制了一系列电荷与自旋掺杂机制分离的新型稀磁半导体,并在这些材料中通过引入化学压力有效的增强了铁磁关联和居里温度;揭示了材料中铁磁关联范围与自旋浓度之间的关系;在自旋玻璃态中发现了-94%以上的巨大负磁阻等新奇物性。具体内容包括:一、稀磁半导体的物理压
由于电子间库仑相互作用的存在,关联材料含有十分丰富的多体物理效应和量子物态,如高温超导、莫特绝缘体、重费米子和非费米液体等,是凝聚态物理学重要的研究对象。此外,一些关联电子材料还表现出拓扑物态。多体效应和拓扑物态的结合演生出了一些有趣的量子材料体系,比如近藤拓扑绝缘体等。稀土基金属间化合物由于其4f电子与传导电子之间的杂化作用而表现出强关联效应,展现出上述诸多奇异物性,是一类传统的关联量子材料。以
近年来,随着信息技术的高速发展,提高信息传递速度和信息处理的效率变得尤为重要。新型信息器件逐渐成为了人们研究的热点,特别是具有非易失性、高读写速率、高存储密度、低能耗、价格低廉和低电压特点的通用型存储器。此外,人脑具有超高密度、低能耗、并行模式、抗干扰能力、自适应学习能力和高容错能力的优点,研究类人脑神经突触器件是提高计算效率的新途径。近期,随着基于磁电耦合效应的电耦器（第四种基本电路元器件）的构
在电子元件尺寸越发趋近其理论极限的今天,二维材料作为开发新一代电子学、光电子学、自旋电子学器件的重要载体,备受全世界研究者的关注。为了最大化二维材料的应用潜力,需要在二维体系中发掘出更多新的物性。而基于结构决定性质的原则,这就要求人们发现更多调控二维材料结构的手段。因此,如何在二维系统中构筑新的结构,就成为了一个值得研究的问题。本论文主要工作集中于对两种二维材料体系——石墨表面上的单层二硒化钒和P
元激发是凝聚态物理中十分重要的概念,不管是单粒子激发还是集体激发,都对材料的物理性质具有举足轻重的影响。近年来,凝聚态物理在材料的拓扑物性研究上获得了巨大的进步,以拓扑绝缘体和拓扑半金属为代表的拓扑材料不仅极大地开拓了人们对基础固体物理的认知,也带来了丰富的应用前景。对拓扑材料元激发的研究是理解拓扑物性的关键。本文聚焦于拓扑材料元激发的探索,以典型的节线半金属ZrSiS为例,一方面探索了其独特表面
目前,在硅基光电集成领域,一个重要的研究方向是,以Si材料为基础,将以Ⅲ-Ⅴ族化合物为代表的光电子器件集成在一片Si衬底上,从而兼具Ⅲ-Ⅴ族器件优良的光电性能,以及成熟Si工艺的成本优势。而GeSi合金基板适合用于Si基衬底和Ga As基光电器件之间的缓冲层,传统的制备GeSi基板的方法是:先在硅上外延生长组分渐变的GeSi缓冲层,再外延生长GeSi基板,然而该方法成本较高,而且对于高Ge组分的G
消费类电子产品,新能源汽车以及大规模储能等领域的高速发展急需更高安全性、更高能量密度的二次电池,然而目前广泛使用的锂离子电池的能量密度的提升速度却逐渐放缓,锂资源短缺问题也逐渐显现。强行提升锂离子电池的能量密度往往会带来严重的安全隐患和差的电化学稳定性,而且锂元素的丰度也限制其对所有领域的覆盖。在此背景下,钠离子电池以其潜在的成本优势在大规模储能等领域具有良好的应用前景,从而受到广泛的研究开发。此
量子材料是近年来凝聚态物理学中对具有层展现象的各类材料的一个总体描述,包括超导体,自旋液体,重费米子,拓扑绝缘体,拓扑半金属等。磷族化合物具有丰富的结构,在温度,磁场,压力的调控下可展现丰富的物性。我们课题组在磷族量子材料研究方面具有丰富经验,重点关注新超导体和新拓扑非平庸材料。本论文主要对若干磷族量子材料进行了研究,主要结果包括:1.采用固相反应法生长制备了La3Cr10-xN11多晶样品,它与
具有Ni2In型六角结构的MM’X（M,M’=过渡族元素,X=主族元素）合金体系具有丰富的磁性与晶体结构性质,并由此衍生出丰富的物理效应,如负热膨胀效应（NTE）、磁热效应（MCE）、压热效应（BCE）、斯格明子等等。中子粉末衍射（NPD）技术相比于传统X射线衍射（XRD）技术,具有自旋结构解析、近邻元素分辨、原位外场实验环境等独特优势,因而是目前材料研究中最重要的表征手段之一。本文以MM’X合金
反常霍尔效应是最基本的电子输运性质之一,经过一百多年的研究,人们逐步建立起了内禀、斜散射和边跳三种微观机制。二十一世纪初,牛谦等人的理论工作表明,反常霍尔效应的内禀机制与材料能带结构的贝里曲率有关。以往在其他材料中观察到的反常霍尔效应,都基本使用单粒子图像下的输运理论进行解释,而电子间的多体相互作用是否会对反常霍尔电导产生显著的影响还不甚清楚。磁性半导体是一类可以同时操纵电子电荷和自旋自由度的材料