郭宇 周思 赵纪军

(大连理工大学物理学院, 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024)

1 引 言

Bi2Se3是由V-VI 主族元素组成的化合物半导体, 属于六方晶系, 具有辉铋碲矿结构, 如图1(a)所示, 我们将其命名为α-Bi2Se3.该固体具有层状结构, 每层由5 个原子层(quintuple layer, QL)组成, 以Se-Bi-Se-Bi-Se 方式排布, 层厚约0.96 nm,由共价键和离子键结合而成, 而QL-QL 之间则是通过范德瓦耳斯力结合, 因此可以通过机械剥离得到QL[1].α-Bi2Se3可通过化学气相沉积[2]、物理化学混合气相沉积[3]、金属-有机化学气相沉积[4,5]、脉冲激光沉积[6]和分子束外延[7−9]等方法制备得到.2009 年, Zhang 等[1]通过理论计算预言了α-Bi2Se3是拓扑绝缘体.同年, 实验上通过角分辨光电子能谱仪第一次观察到其表面的狄拉克锥能带结构, 证明了α-Bi2Se3是一种三维拓扑绝缘体材料[10].作为表面态只有1 个狄拉克点同时具有较大带隙的强拓扑绝缘体[10], α-Bi2Se3为拓扑绝缘体高性能光电器件的研究提供了可能性[11].α-Bi2Se3对红外光和太赫兹波有高响应, 可用于红外和太赫兹探测和成像[12].此外, α-Bi2Se3薄膜在热电应用方面极具潜力, 其费米能级附近超高的态密度使得Seebeck系数显著增大[13−15].

对于具有特定化学计量比的二维材料, 由于原子杂化方式的不同, 可能存在多种同素异构体, 而异构体的不同原子结构赋予了它们独特的物理和化学性质.例如石墨烯和石墨炔是二维碳材料的同素异构体: 石墨烯具有sp2杂化的蜂巢结构, 是零带隙半导体, 拥有线性色散关系的狄拉克锥[16]; 石墨炔是由碳的sp 和sp2轨道杂化而成, 它具有……