Gate-tunable quantum oscillations in ambipolar Cd3As2 thin films

2015年10月30日 NPG Asia Materials 7, e10 (2015) doi:10.1038/am.2015.110

半導体薄膜: 量子振動を利用する3Dグラフェン類似物質

量子輸送能力を調節できるヒ化カドミウム薄膜によって、グラフェン類似半導体の新しい応用が開かれる可能性がある。ヒ化カドミウムの電子特性は、グラフェンに類似しているが、結晶構造が三次元的であるためグラフェンよりも扱いやすい。復旦大学(上海)のF Xiuたちは今回、閉じ込められた厚さ50ナノメートルの薄膜構造のヒ化カドミウムのバンド構造を明らかにした。通常とは異なるゲート電極、すなわちヒ化カドミウムを静電的にドープしてフェルミ準位を変えるイオン性電解質の液滴と、ソース-ドレイン配置を用いて、著しい伝導率スイッチング挙動が生じることが見いだされた。この挙動は、両極性電界効果トランジスターに有用である。さらに、デバイスの動作中に磁場を印加すると、量子スピンホール効果が生じる可能性があることも明らかになった。フェルミ準位を高移動度の伝導帯に入れることで、興味深い量子振動伝導が観測されたのである。

Yanwen Liu, Cheng Zhang, Xiang Yuan, Tang Lei, Chao Wang, Domenico Di Sante, Awadhesh Narayan, Liang He, Silvia Picozzi, Stefano Sanvito, Renchao Che & Faxian Xiu

Semiconductor thin films: 3D graphene analog taps into quantum oscillations
The tunable quantum transport capabilities of cadmium arsenide thin films may unlock new applications for graphene-like semiconductors. Cadmium arsenide has similar electronic properties to graphene, but is easier to work with thanks to its three-dimensional crystal structure. Faxian Xiu of Fudan University in Shanghai and co-workers have now mapped out this material's band structure in confined 50-nanometre-thin film structures. By using a source-drain layout with an unconventional gate electrode — a droplet of ionic electrolyte that electrostatically dopes cadmium arsenide and changes its Fermi level — they saw remarkable conductivity switching behaviour, which is useful for ambipolar field effect transistors. Applying magnetic fields during device operation also revealed the possibility of generating quantum spin Hall effects — the team observed intriguing quantum oscillation conductivity when the Fermi level was pushed into the high-mobility conduction band.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)