[发明专利]拓扑绝缘体异质结构薄膜Bi2Se3/C的制备方法

说明书

本发明公开了一种拓扑绝缘体异质结构薄膜Bi₂Se₃/C的制备方法，其步骤主要是：a、碳基膜的制备：在基片上磁控溅射形成无定形膜；b、碳膜退火成相：将a步得到的基片封入气压小于1×10^‑2Pa的真空石英管中，进行退火成相处理，即在基片上得到碳薄膜；c、Bi₂Se₃基膜的制备：在b步得到的基片上，磁控溅射一层Bi₂Se₃膜，进而在基片上形成Bi₂Se₃/C基膜；d、Bi₂Se₃退火成相：将c步得到的基片和硒粒一起封入气压小于1×10^‑2Pa的真空石英管中，进行退火成相处理，即得。该方法易控制镀膜量，形成的异质结构薄膜平整、性能好。且其制备成本低。

技术领域

本发明涉及拓扑绝缘体材料的制备方法，尤其涉及拓扑绝缘体的异质结构薄膜的制备方法。

背景技术

通常的绝缘体材料不具有自由载流子，在常温下也不导电。拓扑绝缘体是非传统意义上的绝缘体，具有一种新的量子物态。其特点是：体内电子有能隙，具有绝缘特性；而表面态却无能隙无散耗，电子可以无散耗的运输，具有金属特性。这种奇特的表面态是由于表面的电子基于其拓扑性质，而具有相应的强自旋耦合(自旋方向和运动方向的绑定)作用，产生时间反演对称保护，能抵抗体系中晶体的缺陷、非磁性杂质等外界环境的影响，而保持使表面态的无能隙金属特性，无散耗的运输电子，也即拓扑绝缘体具有抗磁性。但在拓扑绝缘体内引入磁性异质结可以破坏时间反演保护，调控拓扑性质，打开自旋方向和运动方向(轨道)的绑定，并且这种作用与外界磁场有关，也即拓扑绝缘体产生了铁磁性。从而可通过其电子的自旋方向和轨道可以传递信息，而不是像传统材料通过电荷的存在或有无电荷的流动来传递信息；进而开发出基于电子自旋方向的自旋电子器件、光电子器件。

目前研究最多的拓扑绝缘体材料是Bi₂Se₃，这一类材料具有简单的表面能带结构(单个狄拉克锥Dirac)，体能隙相对较大(其中Bi₂Se₃能隙为0.3ev)，而且制备过程较简单。

在Bi₂Se₃拓扑绝缘体引入磁性异质结的已有方式是引入铁磁性物质，形成Bi₂Se₃/铁磁性物质异质结，如Bi₂Se₃/镧锶锰氧异质结。其存在的问题是：制备方法为先用自助溶剂法生成出Bi₂Se₃单晶块切成小薄片，再用悬涂法制备镧锶锰氧薄膜，最后将镧锶锰氧薄膜粘接到Bi₂Se₃单晶小薄片，形成成Bi₂Se₃/镧锶锰氧异质结薄膜；由于单晶块具有一定晶向，切出的单晶小薄片具有晶向纹路不平滑，粘接不牢固，粘接界面连接不完整导致其铁磁性效果差，使用寿命短。且镧锶锰氧薄膜本身具有磁性。在制得的自旋电子器件需要在外加磁场作用下产生可控的铁磁效应时，其本身的磁性与外加磁场的磁性可能产生不可预知的相互作用，导致铁磁效应的可控性降低，自旋电子器件的性能不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种拓扑绝缘体Bi₂Se₃/C异质结构薄膜的制备方法，该方法易控制镀膜量，形成的异质结构薄膜平整、性能好。且其制备成本低。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种拓扑绝缘体异质结构薄膜Bi₂Se₃/C的制备方法，其步骤是：