Crecimiento epitaxial controlado por cinética y propiedades de transporte bipolar del semimetal Bi4Se3

Compuestos (Bi2)m(Bi2Se3)n (m, n: enteros) con una estructura de superred infinitamente adaptable exhiben varias fascinantes fases topológicas. Aquí, estudiamos el crecimiento epitaxial controlado por cinética de Bi4Se3 sobre mica mediante la co-evaporación de Bi y Se utilizando la técnica de epitaxia por haz molecular, así como las propiedades de transporte de Bi4Se3. Al controlar con precisión los flujos de haz de Bi y Se y la temperatura de crecimiento, podemos ajustar los modos de crecimiento de la condensación de van der Waals al crecimiento en espiral, logrando así Bi4Se3 de un solo cristal con morfologías de microplaca libres de dislocaciones o de película delgada acampanada. Esto refleja una transición de procesos de crecimiento de Bi4Se3 de un solo cristal desde el equilibrio termodinámico cercano hasta el no equilibrio termodinámico. También se preparan fases de solución sólida de película delgada Bi2+xSe3 (1.7 x 2) que consisten en unidades Bi2 y Bi2Se3 apiladas aleatoriamente como muestras comparativas. Las propiedades de Hall y termoelectricidad sugieren que las películas de Bi4Se3 cultivadas presentan comportamientos de conducción bipolar semimetálica, mientras que las películas de Bi2+xSe3 presentan características de transporte semiconductoras típicas con una polaridad tipo n. Debido a las estructuras de banda de los semiconductores, las películas de Bi2+xSe3 muestran una termoelectricidad superior a la del semimetal Bi4Se3.