失配诱导应力对铋薄膜生长和电子结构性质的影响

《Nanoscale》：Effect of mismatch-induced stress on the growth and electronic structure properties of bismuth films

铋薄膜通过分子束外延在MgO衬底上制备，系统优化温度与沉积速率对薄膜生长的影响，利用RHEED和XRD分析晶格失配应力及临界厚度，发现电阻-温度特性随厚度增加从表面主导转向体主导，应力弛豫导致电子结构变化并影响峰值温度。

　　

铋（Bi）薄膜具有狭窄的带隙和高载流子迁移率，因此在电子器件和自旋电子器件中具有巨大应用潜力。然而，失配引起的应力如何影响薄膜生长和电子传输特性的微观机制仍不甚明了。在本研究中，通过分子束外延（MBE）技术在MgO单晶衬底上制备了铋薄膜，并系统地优化了衬底温度和沉积速率对薄膜生长的影响。利用反射高能电子衍射（RHEED）进行了晶体结构分析和晶格失配计算。通过结合RHEED原位观测到的应力状态以及XRD数据分析，确定了薄膜的临界厚度。电阻-温度特性测试表明，随着薄膜厚度的增加，导电方式逐渐从表面态主导转变为体态主导。应力松弛改变了铋的电子能带结构，导致电阻-温度曲线的峰值电阻温度（Ttop）发生偏移。这些结果为应力对铋（00l）表面电子结构的影响机制提供了宝贵的见解。