一直以來,大磁電阻的材料由于其在基礎(chǔ)研究和器件應(yīng)用中所起的重要作用而倍受關(guān)注.半個世紀(jì)來,研究發(fā)現(xiàn)材料的經(jīng)典磁電阻隨外磁場具有二次方關(guān)系,在大磁場下,磁電阻趨于飽和.特殊的是,非飽和線性磁電阻可能存在于具有開放費米面材料中.在能隙接近零(或較小)的半導(dǎo)體材料中發(fā)現(xiàn)多種有趣的磁電阻現(xiàn)象,如在銀摻雜Ag2+δSe和Ag2+δTe材料中發(fā)現(xiàn)反常大的線性磁電阻,很多理論試圖解釋這種非飽和線性磁電阻.在這些理論模型中,由Abrikosov等提出的"量子磁電阻"及由Parish和Littlewood提出的經(jīng)典物理模型最為典型.Abrikosov等認(rèn)為零能隙半導(dǎo)體因為只有一個朗道能級而在大磁場下具有量子限制,從而可能產(chǎn)生非飽和磁電阻.Parish和Littlewood則認(rèn)為材料的非均勻性導(dǎo)致的電流漲落可能導(dǎo)致非飽和磁電阻.在過去幾年,由于拓?fù)浣^緣體具有零能隙狄拉克表面態(tài),拓?fù)浣^緣體材料的磁電阻引起越來越多研究者關(guān)注.一些研究者在拓?fù)浣^緣體單晶、薄膜、納米片等材料中發(fā)現(xiàn)線性磁電阻.他們認(rèn)為單晶材料的線性磁電阻來源于材料二維無能隙拓?fù)浔砻鎽B(tài).另外,也有研究認(rèn)為即使在單晶或薄膜材料中,電子不均勻和導(dǎo)電性漲落也是影響線性磁電阻的重要因素.直到現(xiàn)在,拓?fù)浣^緣體材料中線性磁電阻的確切因素還不十分清楚.

最近,中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室磁性材料與磁學(xué)研究部王振華項目研究員、張志東研究員等和美國凱斯西儲大學(xué)高翾教授合作,通過氣相化學(xué)沉積(CVD)的方法成功制備了Bi2Te3薄膜,研究發(fā)現(xiàn)這些薄膜材料是由Bi2Te3納米片連接而成.通過控制溫度、氣壓、輸運氣體流量等條件,可以控制制備不同尺寸納米片及不同納米片密度的薄膜材料.如圖1所示,Bi2Te3薄膜可以由不同密度及尺寸的納米片組成.和其他拓?fù)浣^緣體材料一樣,在該體系中發(fā)現(xiàn)線性磁電阻現(xiàn)象.如圖2所示,在很大溫度范圍內(nèi),即使外場加到14T,仍顯示不飽和趨勢.通過研究不同致密度的薄膜材料,發(fā)現(xiàn)在很大遷移率范圍內(nèi),線性磁電阻和材料遷移率間存在普遍關(guān)系,即同一材料中,磁電阻和遷移率都隨溫度增加而減小(圖3左).而不同致密度薄膜材料中,磁電阻和遷移率成正比關(guān)系,而且磁電阻越小,遷移率也越小(圖3右).這些結(jié)果說明遷移率的漲落導(dǎo)致了典型線性磁電阻,這與Parish和Littlewood提出的理論完全吻合.有關(guān)Bi2Te3薄膜的研究結(jié)果提供了明確證據(jù),證實材料物理上或結(jié)構(gòu)上不均勻性是線性磁電阻的來源,并且為控制拓?fù)浣^緣體材料磁電阻提供新的方法.相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于Nano Letter 14 (2014) 6510.

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