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物理系在半导体异质结二维电子气的研究工作取得新进展

编辑:phyqianyg 时间:2015年07月03日 访问次数:2630

半导体异质结界面二维电子气(2DEG)是一片发现新奇物理现象和发明新型电子器件的沃土,例如GaAs/AlGaAs异质界面2DEG的分数量子霍尔效应,HgTe/CdTe异质结的量子自旋霍尔效应,高亮度InGaN/AlGaN异质结蓝光发光二极管和高电子迁移率场效应晶体管等都是在半导体异质结的2DEG中发现或发明的。最近,浙江大学物理系吴惠桢研究小组与袁辉球研究小组、美国圣地亚国家实验室、美国北卡罗来纳州夏洛特分校、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室合作在CdTe(II-VI族半导体)/PbTeIV-VI族半导体)异质结极性界面2DEG的研究工作取得重要进展,该项成果已于20156月在Nano Letters上正式发表[DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01605]论文第一作者为浙江大学物理系博士研究生张兵坡同学(指导老师为吴惠桢教授)。
由吴惠桢研究小组首次发现的CdTe/PbTe异质结极性界面2DEG不同于传统的半导体异质结,它由闪锌矿晶体结构的CdTe与岩盐矿晶体结构PbTe 构成,CdTe/PbTe异质结在(111)极性界面独特的成键方式提供了一种独特的2DEG形成机制,它不需要掺杂。像差校正扫描透射电子显微镜表征表明这种新颖异质结具有单原子层陡峭界面,而且没有阳离子互扩散。低温、强磁场量子振荡实验揭示其具有p贝里相位特征,表明该CdTe/PbTe(111)异质结极性界面处的2DEG具有狄拉克电子系统的性质,是拓扑晶体绝缘体中的一员。
 
(a) Aberration-corrected scanning transmission electron microscope (AC-STEM) image of a PbTe/CdTe heterojunction, showing the arrangement of atoms near the interface. (b) Quantum oscillations of magneto-resistance Rxx and Hall resistance Rxy. (c) Quantum oscillations of magneto-resistance Rxx with magnetic field up to 60 T. (d) Landau level fan diagram. The intercept at 1/B = 0 is −0.52 ± 0.07.