Electronic States of Gadolinium Substituted Topological Insulator Bi2Te3
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정명화
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000056336
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Magnetically doped topological insulators are expected as the platform of many exotic quantum phenomena investigation. To realize the magnetic topological insulators, magnetic transition metals are doped such as Fe and Mn in topological insulators of Bi2Se3 or Bi2Te3. The transition metals usually behave as not only magnetic dopants but also electric dopants because of the nature of divalent. However, instead of transition metals, if rare-earth metals are doped such as Gd, it acts as only magnetic dopants because Gd is trivalent. We growth single crystals of Bi2-xGdxTe3 (0 ≤ x ≤ 0.2), in which we observed magnetic phase transition from paramagnetic (PM) to antiferromagnetic (AFM) phase by increasing substitution level x. The critical point corresponding to the magnetic phase transition is x = 0.09, where large linear magnetoresistance and highly anisotropic Shubnikov-de Haas oscillations are observed. Also, angle-resolved photoemission spectroscopy result reveals the electronic band structure of the magnetic critical point sample. These results are discussed with two-dimensional properties of topological surface state electrons.
more초록/요약
3차원 위상절연체인 Bi2Se3나 Bi2Te3에 전이금속 Fe 이나 Mn을 도입하여 장거리 자기배열을 구축하려는 수많은 시도가 있었다. 3가인 Bi 자리에 치환되는 전이금속은 주로 2가 상태로 도입되기 때문에 자기적 성질을 부여할 뿐만 아니라, 전기적 도핑 효과도 함께 나타나게 된다. 하지만, Gd와 같은 희토류 원소는 3가로 치환되어 오직 자기적 성질을 부여 할 수 있고, 따라서 자성이 도입된 위상절연체의 특성 변화를 관측하기에 적합하다. 본 저자는 Bi2-xGdxTe3 (0 ≤ x ≤ 0.2) 단결정을 성장시켰고, Gd 이온의 치환 양을 늘려감에 따라 상자성 배열에서 반강자성 배열로의 자기적 상전이가 일어남을 확인하였다. 특히, 자기적 상전이가 발생하는 지점인 x = 0.09 시료에서 매우 큰 선형 자기저항 곡선과 비등방성 Shubnikov-de Haas 진동을 관측할 수 있었다. 또한 각분해 광전자 분광학 실험을 통해 상전이 지점의 밴드 구조를 확인할 수 있었다. 이러한 일련의 결과들은 위상절연체의 2차원 표면 상태 전자들의 특성에 견주어 논의되었다.
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