위상 절연체는 내부는 절연체의 특성을 보이며 표면에서 강한 전도성을 보이는 재료를 말한다. 또한 위상절연체의 표면 상태에서 전하는 운동량과 특정 스핀이 결합되어 있으며, 매우 높은 mobility를 가진다. 이러한 위상절연체의 특별한 성질은 Quantum Hall Effect(QHE)[1], Quantum ...
위상 절연체는 내부는 절연체의 특성을 보이며 표면에서 강한 전도성을 보이는 재료를 말한다. 또한 위상절연체의 표면 상태에서 전하는 운동량과 특정 스핀이 결합되어 있으며, 매우 높은 mobility를 가진다. 이러한 위상절연체의 특별한 성질은 Quantum Hall Effect(QHE)[1], Quantum Spin Hall Effect(QSHE), 스커미온(skyrmion), 그리고 Majorana Fermion과 같은 최근에 매우 큰 주목을 받고 있는 물리를 연구하는 것을 가능하게 한다. 하지만, 위상 절연체를 연구하는 데에 몇 가지 문제가 있는데, 그 중 하나는 절연체의 특성을 보여야 할 벌크에서 높은 전기 전도성을 보인다는 것이다. 벌크에서의 높은 전기 전도성은 표면상태를 압도하며 표면상태에 대한 관찰을 어렵게 한다. 많은 연구자들은 벌크 전기전도성을 억제하기 위해 기존 위상절연체 재료에 도핑하는 방법을 사용하고 있으며, 그 중 Bi2Te3에 Sb와 Se을 도핑한 4중 화합물인 (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 (BSTS)박막이 이러한 벌크 전도성을 억제함과 동시에 표면 상태를 잘 보존하는 것으로 알려져 있다. BSTS 박막을 성장하기 위한 방법과 밴드구조에 대한 연구는 다른 연구자들에 의해 많이 연구가 되었음에도 불구하고, 이 때의 조성에 따른 BSTS 박막의 전기적 수송 특성에 대한 연구는 아직 제대로 연구된 바가 없다. 그러므로 우리는 에피 성장된 BSTS박막의 조성에 따른 전기적 수송 특성에 집중한 연구를 진행하였다. 샘플은 thermal evaporation의 방법으로 sapphire 기판 위에 성장하였고, 조성 범위 0.24<Sb<0.37, 0.49<Se<0.71의 샘플이 실험에 사용되었다 샘플의 결정 품질은 XRD, AFM와 TEM을 통해 검증한 결과 우수한 에피 박막의 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 조성에 따라 벌크의 전하 밀도가 가장 작아지는 최적의 조성의 존재함을 확인하였고 이 때의 효과를 결함 종류의 변화에 의한 것으로 분석하였다. Se가 적을수록 벌크 전기전도성이 억제됨을 확인하였다. 이는 Se이 많아질수록 증가하는 Se vacancy에 의한 효과로 보여진다. 또한 Sb의 증가에 따라 증가하는 Sb on Te antisite 결함은 Se vacancy에 의한 전자를 보상도핑하는 효과가 있음을 확인하였다. 비선형적인 Rxy(H) 결과를 two-band model로 분석함을 통해 벌크와 표면의 캐리어를 분리하여 분석을 진행하였다. 또한 자기저항 측정에서의 Weak anti localization(WAL) 현상의 분석을 통하여 조성에 따른 SOC의 크기를 정량적으로 비교하였다. 이러한 연구결과는 조성에 따른 BSTS 재료의 SOC 특성을 이해하고 응용에 필요한 조성을 engineering하는 데에 도움을 줄 것으로 기대한다.
위상 절연체는 내부는 절연체의 특성을 보이며 표면에서 강한 전도성을 보이는 재료를 말한다. 또한 위상절연체의 표면 상태에서 전하는 운동량과 특정 스핀이 결합되어 있으며, 매우 높은 mobility를 가진다. 이러한 위상절연체의 특별한 성질은 Quantum Hall Effect(QHE)[1], Quantum Spin Hall Effect(QSHE), 스커미온(skyrmion), 그리고 Majorana Fermion과 같은 최근에 매우 큰 주목을 받고 있는 물리를 연구하는 것을 가능하게 한다. 하지만, 위상 절연체를 연구하는 데에 몇 가지 문제가 있는데, 그 중 하나는 절연체의 특성을 보여야 할 벌크에서 높은 전기 전도성을 보인다는 것이다. 벌크에서의 높은 전기 전도성은 표면상태를 압도하며 표면상태에 대한 관찰을 어렵게 한다. 많은 연구자들은 벌크 전기전도성을 억제하기 위해 기존 위상절연체 재료에 도핑하는 방법을 사용하고 있으며, 그 중 Bi2Te3에 Sb와 Se을 도핑한 4중 화합물인 (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 (BSTS)박막이 이러한 벌크 전도성을 억제함과 동시에 표면 상태를 잘 보존하는 것으로 알려져 있다. BSTS 박막을 성장하기 위한 방법과 밴드구조에 대한 연구는 다른 연구자들에 의해 많이 연구가 되었음에도 불구하고, 이 때의 조성에 따른 BSTS 박막의 전기적 수송 특성에 대한 연구는 아직 제대로 연구된 바가 없다. 그러므로 우리는 에피 성장된 BSTS박막의 조성에 따른 전기적 수송 특성에 집중한 연구를 진행하였다. 샘플은 thermal evaporation의 방법으로 sapphire 기판 위에 성장하였고, 조성 범위 0.24<Sb<0.37, 0.49<Se<0.71의 샘플이 실험에 사용되었다 샘플의 결정 품질은 XRD, AFM와 TEM을 통해 검증한 결과 우수한 에피 박막의 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 조성에 따라 벌크의 전하 밀도가 가장 작아지는 최적의 조성의 존재함을 확인하였고 이 때의 효과를 결함 종류의 변화에 의한 것으로 분석하였다. Se가 적을수록 벌크 전기전도성이 억제됨을 확인하였다. 이는 Se이 많아질수록 증가하는 Se vacancy에 의한 효과로 보여진다. 또한 Sb의 증가에 따라 증가하는 Sb on Te antisite 결함은 Se vacancy에 의한 전자를 보상도핑하는 효과가 있음을 확인하였다. 비선형적인 Rxy(H) 결과를 two-band model로 분석함을 통해 벌크와 표면의 캐리어를 분리하여 분석을 진행하였다. 또한 자기저항 측정에서의 Weak anti localization(WAL) 현상의 분석을 통하여 조성에 따른 SOC의 크기를 정량적으로 비교하였다. 이러한 연구결과는 조성에 따른 BSTS 재료의 SOC 특성을 이해하고 응용에 필요한 조성을 engineering하는 데에 도움을 줄 것으로 기대한다.
A topological insulator is a material characterized by insulating behavior in bulk and strong conductivity at the surface. Also, charges in surface state are interacted with the momentum and spin, which is called spin-orbit coupling(SOC), and known as very high mobility. These properties of topologi...
A topological insulator is a material characterized by insulating behavior in bulk and strong conductivity at the surface. Also, charges in surface state are interacted with the momentum and spin, which is called spin-orbit coupling(SOC), and known as very high mobility. These properties of topological insulator are attracted to physics that has recently gained much attention, such as Quantum Hall Effect (QHE), Quantum Spin Hall Effect (QSHE), Skyrmion, and Majorana Fermion . However, there are some problems in studying topological insulators, one of which is high conductivity in the bulk that makes hard to investigate the characteristics of the surface channel. Since large bulk conduction result from defects acting as dopants, several research has been tried doping method to suppress the bulk electrical conductivity. (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 (BSTS) which are doped Sb and Se in Bi2Te3 thin films are reported to suppress the bulk conductivity and to preserve the surface state. Although the studies on the method and band structure for growing BSTS thin films have been extensively studied by other researchers, the study on the electrical transport characteristics of BSTS thin films according to composition has not been studied. Therefore, we report a result of the electrical transport characteristics according to the composition on the epitaxially grown BSTS thin films. Samples were grown on a sapphire substrate by thermal evaporation and its composition range are at 0.24
A topological insulator is a material characterized by insulating behavior in bulk and strong conductivity at the surface. Also, charges in surface state are interacted with the momentum and spin, which is called spin-orbit coupling(SOC), and known as very high mobility. These properties of topological insulator are attracted to physics that has recently gained much attention, such as Quantum Hall Effect (QHE), Quantum Spin Hall Effect (QSHE), Skyrmion, and Majorana Fermion . However, there are some problems in studying topological insulators, one of which is high conductivity in the bulk that makes hard to investigate the characteristics of the surface channel. Since large bulk conduction result from defects acting as dopants, several research has been tried doping method to suppress the bulk electrical conductivity. (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 (BSTS) which are doped Sb and Se in Bi2Te3 thin films are reported to suppress the bulk conductivity and to preserve the surface state. Although the studies on the method and band structure for growing BSTS thin films have been extensively studied by other researchers, the study on the electrical transport characteristics of BSTS thin films according to composition has not been studied. Therefore, we report a result of the electrical transport characteristics according to the composition on the epitaxially grown BSTS thin films. Samples were grown on a sapphire substrate by thermal evaporation and its composition range are at 0.24
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