研究目的
回顾稀土掺杂拓扑绝缘体薄膜及异质结构在生长、结构、电子和磁学性质方面的研究，重点关注通过近邻耦合实现高磁矩和长程铁磁有序。
研究成果
在拓扑绝缘体薄膜中进行稀土掺杂可实现高磁矩和无第二相的替代式掺入，但无法形成长程铁磁有序。通过与掺铬Sb2Te3异质结构的近邻耦合，掺镝Bi2Te3中的铁磁有序可维持至17K，这表明通过材料设计有望实现更高温度下的量子效应。
研究不足
掺杂稀土的薄膜本身呈现顺磁性行为，且不具备长程铁磁有序性，其磁矩较理论值有所降低。由于4f电子的关联效应导致预测磁性能具有复杂性，这仍是一项挑战。异质结构需要精心设计以避免掺杂剂扩散并优化界面质量。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用分子束外延（MBE）技术在c面蓝宝石等衬底上生长稀土掺杂(Bi,Sb)?(Se,Te)?薄膜，重点研究替代式掺杂与结构表征。
2：样品选择与数据来源：
合成了不同稀土（Dy、Ho、Gd）掺杂浓度的薄膜样品，通过RHEED、XRD、AFM、SEM、STEM、EDX、SQUID磁强计、XMCD和ARPES等技术进行分析。
3：实验设备与材料清单：
配备元素源（如Dy、Ho、Gd、Bi、Te）蒸发源的MBE系统、衬底（如Al?O?）及高纯度材料（如99.9999% Bi和Te）。
4：9999% Bi和Te）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：采用两步法工艺在Te过压条件下生长薄膜，经Te通量退火处理，并通过原位与非原位手段表征其结构、磁性与电学特性。
5：数据分析方法：
利用RBS/PIXE分析化学计量比，XRD测定晶格常数，SQUID测量磁化强度，XMCD研究元素特异性磁性，ARPES解析能带结构。
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获取完整内容-
Molecular Beam Epitaxy System
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Used for growing rare earth doped topological insulator thin films with high crystalline quality.
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Reflection High-Energy Electron Diffraction
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In-situ monitoring of film morphology during growth.
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Atomic Force Microscope
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Investigation of film morphology.
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Scanning Electron Microscope
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Investigation of film morphology.
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X-ray Diffractometer
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Structural analysis of films using Cu Kα1 radiation.
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Scanning Transmission Electron Microscope
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Detailed structural analysis, including HAADF-STEM and EDX line scans.
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Superconducting Quantum Interference Device Magnetometer
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Measurement of bulk magnetic properties.
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X-ray Magnetic Circular Dichroism
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Element-specific determination of magnetic ground state.
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Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
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Study of electronic band structure and gap opening.
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