《分子團簇負離子束沉積超薄BiSe二維拓撲絕緣體》是依託武漢大學，由劉雍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分子團簇負離子束沉積超薄BiSe二維拓撲絕緣體
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉雍
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目發展適用於二維超薄材料製備的分子團簇負離子束技術，用串列加速器的銫濺射負離子源產生BiSe,FeSe和BiFeSe等化合物離子束，在兩個45度分析磁鐵之間安裝電掃描裝置，團簇離子束靶室中的樣品台外接負偏壓使離子減速，獲得能量1-10keV的化合物離子束，在Si(111)和GaAs(111)表面形成超薄BiSx薄膜。用原子力顯微鏡、掃描電鏡、高分辨透射電鏡和掠入射X射線衍射等方法測定薄層的形貌、結構和缺陷特性，用Hall效應測定薄膜的電阻率、載流子濃度和遷移率。改變團簇離子能量、劑量、退火溫度等參數，系統研究製備工藝對BiSe超薄層的結構和物理性質的影響，獲得最佳化的製備工藝條件。通過精確控制團簇離子劑量，製備3-7nm厚的拓撲絕緣體薄膜。用離子-固體相互作用理論、晶體生長理論等探討超薄層形成的物理機制，為分子團簇離子束製備二維納米材料提供科學依據。
結題摘要
BiFeSe是重要的拓撲絕緣體材料，本項目發展團簇負離子束製備BiFeSe技術，用串列加速器的銫濺射負離子源產生分子團簇離子束，經減速後能量達到1-10keV，在單晶Si和GaAs表面形成超薄BiSe薄膜，獲得二維Bi2Se3超薄層的結構和物性等基本信息。對銫濺射離子源進行了改進設計，增加了靜電掃描和團簇離子注入靶室，獲得了原子數1-10的B, C, F, Si, Fe, Bi, Se等的團簇離子束及其分子團簇，且為負離子束，其中Fe離子束流10nA，而C、Si團簇束流達到10nA-50微安，利用這些團簇進行了離子注入製備單層與少層石墨烯、矽烯、過渡金屬離子注入製備磁性半導體的實驗研究，減速後則用於離子束沉積製備鉍鐵硒二維納米材料。用雷射脈衝沉積法製備了BiSe和BiFeSe膜層，結構測試表明膜層的主要結構為Bi2Se3:Fe，其中Fe的含量為5-8 at.%，用XRD, XPS和內轉換電子穆斯堡爾譜(CEMS)對材料的結構、Fe原子價態、超精細結構及沉積溫度的影響進行了系統研究，測得Fe原子價態為三價，Fe原子位於Bi的替位，磁性測試觀察到材料以順磁性為主，較低溫度沉積的樣品由於表面氧化而呈現弱的磁性，高溫沉積的樣品氧化則更為顯著。在本項目支持下已發表論文9篇，在國際學術會議報告研究工作2次，培養博士研究生1名，碩士研究生1名。
