2023年9月21日，ACS Nano在线发表了武汉理工大学唐新峰教授、柳伟研究员和
中科院上海微系统与信息技术研究所沈大伟研究员
课题组的研究论文，题目为《
Exploring the Epitaxial Growth Kinetics and Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulator
Mn
Bi
2
Te
4
Films
》。
磁性拓扑绝缘体（MTI）因其固有的磁序和稳健、可调的拓扑相，
在过去的十年中
在凝聚态物理中引起了相当大的关注。在MTI中，
合并的铁磁序打破了时间反演对称性，并在拓扑表面态（TSSs）处产生了磁能隙
，这导致了量子反常霍尔（QAH）效应和其他有趣的量子现象。基于
Mn
Bi
2
Te
4
的本征
MTI
的发现激发了人们对凝聚态物理学的极大兴趣，因为它们有可能成为探索
QAH
效应和其他磁性拓扑相互作用的理想平台。然而，单相
Mn
Bi
2
Te
4
薄膜的制备仍然是研究领域的一个共同挑战。在此研究中，作者提出了一种有效而简单的方法，通过直接匹配中间体
Bi
2
Te
3
和MnTe的生长速率来制备高质量、接近化学计量的
Mn
Bi
2
Te
4
薄膜
。通过系统的实验研究和热力学计算，研究证明了
Bi
2
Te
3
和MnTe在薄膜生长过程中很容易形成二元相，并且
Bi
2
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3
+ MnTe
→
Mn
Bi
2
Te
4
是所有可能反应路径中的决速步
，这可能导致生长的
Mn
Bi
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4
薄膜中存在Bi2Te3和MnTe杂质相
。此外，
Bi
2
Te
3
和MnTe杂质在
Mn
Bi
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薄膜
的AH信号中分别引入了负和正反常霍尔
分量
。这项研究工作表明，进一步控制生长参数应该是制备相纯
Mn
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2
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4
薄膜的基本途径。
图1
Mn
Bi
2
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4
薄膜的外延生长与表征
图2
Mn
Bi
2
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4
薄膜在不同温度和光子能量下的同步加速器ARPES能带结构
图3
不同MBE生长参数对
Mn
Bi
2
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4
薄膜ARPES谱的影响
图4
Mn
Bi
2
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4
薄膜的STEM表征
图5
Mn
Bi
2
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4
的生长动力学示意图
图6
Mn
Bi
2
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4
薄膜的反常霍尔效应
Luo, J., Tong, Q., Jiang, Z. et al.
Exploring the Epitaxial Growth Kinetics and Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulator
Mn
Bi
2
Te
4
Films
.
ACS Nano
,
2023
. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04626
【其他相关文献】
[1] Rienks, E.D.L., Wimmer, S., Sánchez-Barriga, J. et al. Large magnetic gap at the Dirac point in
Bi
2
Te
3
/
Mn
Bi
2
Te
4
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(纯计算)清华大学李佳团队Nano Lett.: MnBi2Te4中难以消除的Mn-Bi混合反位缺陷
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(纯计算)以色列魏茨曼科学研究所Phys. Rev. Lett.: MnBi2Te4表面缺陷驱动AFM和FM之间的磁能隙
(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Phys. Rev. B: 双层MnBi2Te4中的层极化反常霍尔效应
上海科技大学寇煦丰/杨雨梦团队Nat. Electron.: 铁磁层插入调控MnBi2Te4中的磁交换相互作用
