[发明专利]双通道拓扑绝缘体结构、制备方法及产生量子自旋霍尔效应的方法

说明书

本发明共公开了一种双通道拓扑绝缘体结构，包括：绝缘基底、第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、绝缘间隔层和第二拓扑绝缘体量子阱薄膜，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、所述绝缘间隔层和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜在所述绝缘基底上依次叠加，所述绝缘间隔层将所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜间隔。本发明还公开了一种双通道拓扑绝缘体结构制备方法及一种产生量子自旋霍尔效应的方法。

技术领域

本发明涉及凝聚态物理领域，涉及一种双通道拓扑绝缘体结构、制备方法及产生量子自旋霍尔效应的方法。

背景技术

1879年，美国物理学家霍尔发现在通电的导体上加上一个垂直于电流方向的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向就会产生电势差。这个电势差是由洛伦兹力导致的，也叫霍尔电压，由霍尔电压可以得到霍尔电阻。在正常霍尔效应下，霍尔电阻的大小和所加磁场B具有线性关系：Rxy＝R_H*B，其中R_H是霍尔系数。但是紧接着1880年，霍尔发现在磁性材料中，霍尔效应会比非磁性样品的霍尔效应大很多，随着磁场不是单纯的线性关系，这个效应叫做反常霍尔效应。1980年，德国物理学家冯·克利青等在强磁场下的二维电子气系统中发现了整数霍尔效应。1982年，美籍华裔物理学家崔琦发现了具有分数个量子电阻的分数霍尔效应。直到2013年由薛其坤院士领导的团队在铬掺杂(Bi,Sb)₂Te₃中首先实现了零磁场下的量子反常霍尔效应，但其结构为单通道结构。当需要两个拓扑绝缘体薄膜并联或串联时，需要分别提供两个分别形成在不同基底上的拓扑绝缘体薄膜。

发明内容

基于此，有必要提供一种双通道拓扑绝缘体结构、制备方法及产生量子自旋霍尔效应的方法。

一种双通道拓扑绝缘体结构，包括：绝缘基底、第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、绝缘间隔层和第二拓扑绝缘体量子阱薄膜，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、所述绝缘间隔层和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜在所述绝缘基底上依次叠加，所述绝缘间隔层将所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜间隔。

在其中一个实施例中，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜、所述绝缘间隔层和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的晶格匹配，共同形成一异质结结构。

在其中一个实施例中，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第一晶格常数，所述绝缘间隔层具有第二晶格常数，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第三晶格常数，所述第一晶格常数和所述第二晶格常数的比值为1:1.1～1.1:1，所述第二晶格常数和所述第三晶格常数的比值为1:1.1～1.1:1。

在其中一个实施例中，所述绝缘间隔层分子束外延生长在所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜表面，所述绝缘间隔层的分子束外延生长温度和所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，所述绝缘间隔层的分子束外延生长温度和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异，以及所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜和所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜的分子束外延生长温度之间的差异均小于或等于100℃。

在其中一个实施例中，所述绝缘间隔层包括纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe和闪锌矿结构的HgTe中的一种。

在其中一个实施例中，还包括叠加在所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜上的绝缘保护层。

在其中一个实施例中，所述绝缘保护层包括纤锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的ZnTe、闪锌矿结构的CdSe、闪锌矿结构的CdTe、闪锌矿结构的HgSe和闪锌矿结构的HgTe中的一种。

在其中一个实施例中，所述第一拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第一矫顽场，所述第二拓扑绝缘体量子阱薄膜具有第二矫顽场，所述第一矫顽场大于或小于所述第二矫顽场。