[发明专利]一种调控硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的方法

说明书

本发明涉及一种调控硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的方法，具体通过改变激发光的波长从近红外到远红外波段，实现对硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的调控。这是因为在硒化铋薄膜，同时存在表面态和二维电子气，它们产生的圆偏振光电流的方向是相反的。当激发光为近红外波段的光时，表面态和二维电子气都会对圆偏振光致电流产生贡献，而且它们的方向相反，会互相抵消。当激发光为远红外波段的光，且该激发光的能量小于薄膜中Rashba自旋分裂能时，这时的圆偏振光致电流主要来自表面态，二维电子气态的贡献很小。从而，相比于近红外光激发的情况，此时的圆偏振光致电流有显著提升。本发明调控效果显著，简单易行，成本低廉，有利于日后推广应用。

技术领域

本发明涉及偏振光电流调控领域，特别是一种调控硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的方法。

背景技术

三维拓扑绝缘体具有很强的自旋轨道耦合效应，因此，它们在自旋电子学领域具有很好的应用前景。研究表明，硒化铋是一种三维拓扑绝缘体，且它的能带结构较为简单，带隙较大，从而受到人们的广泛关注。圆偏振光致电流是一种研究材料自旋轨道耦合的有效手段，且其测试设备简单，室温零磁场下就可测试。此外，它也是研制新型自旋光电子器件的有力工具。综上可见，对三维拓扑绝缘体硒化铋的圆偏振光致电流进行有效的调控，对于设计制作新型的自旋光电子器件具有十分重要的意义。

目前，对三维拓扑绝缘体硒化铋的圆偏振光致电流进行调控的方法主要是通过改变温度来实现。然而，这种方法对三维拓扑绝缘体硒化铋的圆偏振光致电流的调控幅度较小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种调控硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的方法，调控效果显著，简单易行，成本低廉，有利于日后推广应用。

本发明采用以下方案实现：一种调控硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的方法，具体通过改变激发光的波长从近红外到远红外波段，实现对硒化铋薄膜中圆偏振光致电流的调控。

较佳的，在硒化铋薄膜，同时存在表面态和二维电子气，它们产生的圆偏振光电流的方向是相反的。当激发光为近红外波段的光时，表面态和二维电子气都会对圆偏振光致电流产生贡献，而且它们的方向相反，会互相抵消。当激发光为远红外波段的光，且该激发光的能量小于薄膜中Rashba自旋分裂能时，这时的圆偏振光致电流主要来自表面态，二维电子气态的贡献很小。从而，相比于近红外光激发的情况，此时的圆偏振光致电流有显著提升。

进一步地，测量用的硒化铋薄膜是用分子束外沿技术生长于面钛酸锶衬底上；所采用的硒化铋薄膜样品为单晶结构；所采用的硒化铋薄膜样品为n型导电，且费米能级进入导带，体内存在二维电子气，且二维电子气存在的Rashba自旋分裂能量大于0.18eV；其中，样品的测试温度为室温。

进一步地，所采用近红外激发光的波长为1064纳米。

进一步地，所采用远红外激发光的波长为10.6微米。

进一步地，所述硒化铋薄膜样品的厚度为7纳米；所述硒化铋薄膜样品的大小为2×5mm²；所述硒化铋薄膜下表面态的电子迁移率远小于上表面态；所述硒化铋薄膜样品上的电极为Ti/Au电极，Ti的厚度是10纳米，金厚度为100纳米；Ti/Au电极半径为0.5mm的圆形电极，电极间距为1mm。

进一步地，所述近红外激发光和远红外激发光的功率在30-250mW；所述近红外激发光的功率稳定性为四小时内的功率波动性不超过1％；其中，近红外激发光和远红外激发光打在样品上的光斑大小为直径0.8mm的圆形光斑，且光斑强度是高斯分布的。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明提供的这种调控三维拓扑绝缘体硒化铋的圆偏振光致电流的方法，十分简单易行，成本低廉，有利于日后推广应用。

2、本发明提供的这种调控三维拓扑绝缘体硒化铋的圆偏振光致电流的方法，调控效果明显，调控范围较大。