[发明专利]测量拓扑绝缘体Bi2Te3中拉莫进动引起的磁致光电流的方法

说明书

本发明涉及一种测量拓扑绝缘体Bi₂Te₃中拉莫进动引起的磁致光电流的方法。该方法是对三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃施加一个平面内沿x方向的磁场，用1064nm的激光垂直照射（沿z方向）在样品上两电极连线的中点上，激发产生磁致光电流。通过转动四分之一波片获得不同偏振状态下的光电流，然后通过公式拟合得到圆偏振光激发由拉莫进动引起的磁致光电流。其原理为，圆偏振光激发产生垂直方向的自旋极化S_z，x方向的磁场使得拓扑绝缘体中产生的自旋极化S_z产生拉莫进动，从而产生y方向的自旋极化S_y。这个方向的自旋极化将会引起x方向流动的电荷流，即由拉莫进动引起的圆偏振磁致电流。

技术领域

本发明属于自旋电子学领域，具体涉及一种测量拓扑绝缘体Bi2Te3中拉莫进动引起的磁致光电流的方法。

背景技术

拓扑绝缘体不同于一般金属或绝缘体，其独特的物理使其在自旋电子学、量子计算等领域有着潜在的应用前景，现如今在这些领域中备受人们关注。Bi₂Te₃是一种三维拓扑绝缘体材料，其独特之处在于具有受拓扑保护的无带隙表面态，这样的表面态具有时间反演对称性，其中的电子为自旋动量方向锁定的狄拉克电子。这样性质的表面态使得材料能很大程度地抑制非磁性杂质的散射，故其表面电子具有极高的电子迁移率。这使得三维拓扑绝缘体材料在量子计算和新型自旋电子器件等领域都有着很好的应用前景。

通常，我们可以利用圆偏振光致电流技术(记作CPGE)作为研究三维拓扑绝缘体的自旋极化光电流信号的有效手段，可通过圆偏振光激发表面态电子自旋极化产生光致电流。而利用光致逆自旋霍尔效应技术(记作PISHE)也能探测三维拓扑绝缘体中的自旋极化光电流信号，同样可通过圆偏振光激发表面态电子产生自旋极化的光致电流。

然而，现在的问题是，在使用CPGE时，由于使用圆偏振光激发产生自旋极化，在产生圆偏振光致电流效应的同时还会引入其他由圆偏振光引起的光电流效应，如光子拽曳效应。三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃，其表面态为C_3v点群对称性，体态为D_3d点群对称性。其体态和表面态都会产生光子拽曳效应，需要寻找方法从总的光电流中将不同效应产生的贡献分离提取出来。而在使用PISHE进行研究时，由于三维拓扑绝缘体具有上下两个表面态，在产生PISHE电流时，由于激光能够到达样品的上下表面态，从而产生方向相反的光电流信号，此外，体态也会引入PISHE电流信号，使得自旋极化光电流的成分变得复杂，需要寻找方法将表面态的自旋极化光电流信号提取出来。由此可见运用以上两常用技术研究三维拓扑绝缘体表面态的自旋极化光电流仍具有各自需克服的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量拓扑绝缘体Bi2Te3中拉莫进动引起的磁致光电流的方法，该方法实现方便，成本低，测量结果准确。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种测量拓扑绝缘体Bi2Te3中拉莫进动引起的磁致光电流的方法，三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃生长于Si衬底上；三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃用分子束外延设备生长，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、获取三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃样品，并在三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃样品上用磁控溅射生长10nm的钛电极，用电子束蒸发镀100nm的金电极，电极是边长0.5mm的正方形电极，电极间距约为2.5mm；

步骤S2、用1064nm的激光作为激发光源，让激光通过斩波器、起偏器、四分之一波片，垂直照射在三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃样品上两电极连线中点的位置；光斑直径小于两电极间距；