We report on low temperature transport studies of Bi2Te3 topological insulator thin films grown on Si(111)-(7 × 7) surface by molecular beam epitaxy. A sharp increase in the magnetoresistance with magnetic field at low temperature indicates the existence of weak anti-localization. The measured weak anti-localization effect agrees well with the Hikami-Larkin-Nagaoka model, and the extracted phase coherence length shows a power-law dependence with temperature indicating the existence of a two-dimensional system. An insulating ground state has also been observed at low temperature showing a logarithmic divergence of the resistance that appears to be the influence of electron-electron interaction in a two-dimensional system.

1.
J. E.
Moore
,
Nat. Phys.
5
,
378
(
2009
).
3.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
4.
X. L.
Qi
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
83
,
1057
(
2011
).
5.
L.
Fu
and
C. L.
Kane
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
096407
(
2008
).
6.
X. -L.
Qi
,
R.
Li
,
J.
Zang
, and
S. -C.
Zhang
,
Science
323
,
1184
(
2009
).
7.
T. D.
Stanescu
,
J. D.
Sau
,
R. M.
Lutchyn
, and
S.
Das Sarma
,
Phys. Rev. B
81
,
241310
R
(
2010
).
8.
P.
Roushan
,
J.
Seo
,
C. V.
Parker
,
Y. S.
Hor
,
D.
Hsieh
,
D.
Qian
,
A.
Richardella
,
M. Z.
Hasan
,
R. J.
Cava
, and
A.
Yazdani
,
Nature
460
,
1106
(
2009
).
9.
Y. L.
Chen
,
J. G.
Analytis
,
J. H.
Chu
,
Z. K.
Liu
,
S. K.
Mo
,
X. L.
Qi
,
H. J.
Zhang
,
D. H.
Lu
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
,
S. C.
Zhang
,
I. R.
Fisher
,
Z.
Hussain
, and
Z. X.
Shen
,
Science
325
,
178
(
2009
).
10.
D.
Hsieh
,
Y.
Xia
,
L.
Wray
,
D.
Qian
,
A.
Pal
,
J. H.
Dil
,
J.
Osterwalder
,
F.
Meier
,
G.
Bihlmayer
,
C. L.
Kane
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
M. Z.
Hasan
,
Science
323
,
919
(
2009
).
11.
H. L.
Peng
,
K. J.
Lai
,
D. S.
Kong
,
S.
Meister
,
Y. L.
Chen
,
X. -L.
Qi
,
S. -C.
Zhang
,
Z. -X.
Shen
, and
Y.
Cui
,
Nature Mater.
9
,
225
(
2010
).
12.
Y.
Xia
,
D.
Qian
,
D.
Hsieh
,
L.
Wray
,
A.
Pal
,
H.
Lin
,
A.
Bansil
,
D.
Grauer
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
M. Z.
Hasan
,
Nat. Phys.
5
,
398
(
2009
).
13.
H. J.
Zhang
,
C. X.
Liu
,
X. L.
Qi
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
S. C.
Zhang
,
Nat. Phys.
5
,
438
(
2009
).
14.
D.
Kong
and
Y.
Cui
,
Nat. Chem.
3
,
845
(
2011
).
15.
G. S.
Nolas
,
J.
Sharp
, and
H. J.
Goldsmid
,
Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments
(
Springer
,
New York
,
2001
).
16.
H. B.
Zhang
,
H. L.
Yu
,
D. H.
Bao
,
S. W.
Li
,
C. X.
Wang
, and
G. W.
Yang
,
Phys. Rev. B
86
,
075102
(
2012
).
17.
J.
Park
,
Y. A.
Soh
,
G.
Aeppli
,
S. R.
Bland
,
X. G.
Zhu
,
X.
Chen
,
Q. K.
Xue
, and
F.
Grey
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
221910
(
2012
).
18.
Y. Y.
Li
,
G.
Wang
,
X. G.
Zhu
,
M. H.
Liu
,
C.
Ye
,
X.
Chen
,
Y. Y.
Wang
,
K.
He
,
L. L.
Wang
,
X. C.
Ma
,
H. J.
Zhang
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
,
X. C.
Xie
,
Y.
Liu
,
X. L.
Qi
,
J. F.
Jia
,
S. C.
Zhang
, and
Q. K.
Xue
,
Adv. Mater.
22
,
4002
(
2010
).
19.
H. W.
Liu
,
H. T.
Yuan
,
N.
Fukui
,
L.
Zhang
,
J. F.
Jia
,
Y.
Iwasa
,
M. W.
Chen
,
T.
Hashizume
,
T.
Sakurai
, and
Q. K.
Xue
,
Cryst. Growth Des.
10
,
4491
(
2010
).
20.
J.
Krumrain
,
G.
Mussler
,
S.
Borisova
,
T.
Stoica
,
L.
Plucinski
,
C. M.
Schneider
, and
D.
Grutzmacher
,
J. Cryst. Growth
324
,
115
(
2011
).
21.
G.
Wang
,
X. G.
Zhu
,
Y. Y.
Sun
,
Y. Y.
Li
,
T.
Zhang
,
J.
Wen
,
X.
Chen
,
K.
He
,
L. L.
Wang
,
X. C.
Ma
,
J. F.
Jia
,
S. B.
Zhang
, and
Q. K.
Xue
,
Adv. Mater.
23
,
2929
(
2011
).
22.
X.
Liu
,
D. J.
Smith
,
J.
Fan
,
Y. H.
Zhang
,
H.
Cao
,
Y. P.
Chen
,
J.
Leiner
,
B. J.
Kirby
,
M.
Dobrowolska
, and
J. K.
Furdyna
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
171903
(
2011
).
23.
X.
Yu
,
L.
He
,
M.
Lang
,
W.
Jiang
,
F.
Xiu
,
Z.
Liao
,
Y.
Wang
,
X.
Kou
,
P.
Zhang
,
J.
Tang
,
G.
Huang
,
J.
Zou
, and
K. L.
Wang
,
Nanotechnology
24
,
015705
(
2013
).
24.
H. -T.
He
,
G.
Wang
,
T.
Zhang
,
I. -K.
Sou
,
G. K. L.
Wong
,
J. -N.
Wang
,
H. -Z.
Lu
,
S. -Q.
Shen
, and
F. -C.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
166805
(
2011
).
25.
J. J.
Lee
,
F. T.
Schmitt
,
R. G.
Moore
,
I. M.
Vishik
,
Y.
Ma
, and
Z. X.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
013118
(
2012
).
26.
S. X.
Zhang
,
L.
Yan
,
J.
Qi
,
M.
Zhuo
,
Y. Q.
Wang
,
R. P.
Prasankumar
,
Q. X.
Jia
, and
S. T.
Picraux
,
Thin Solid Films
520
,
6459
(
2012
).
27.
A.
Roy
,
K.
Bhattacharjee
, and
B. N.
Dev
,
Appl. Surf. Sci.
256
,
508
(
2009
).
28.
N.
Peranio
,
O.
Eibl
, and
J.
Nurnus
,
J. Appl. Phys.
100
,
114306
(
2006
).
29.
H.
Bando
,
K.
Koizumi
,
Y.
Oikawa
,
K.
Daikohara
,
V. A.
Kulbachinskii
, and
H.
Ozaki
,
J. Phys.: Condens. Matter
12
,
5607
(
2000
).
30.
H. T.
Zhang
,
X. G.
Luo
,
C. H.
Wang
,
Y. M.
Xiang
,
S. Y.
Li
, and
X. H.
Chen
,
J. Cryst. Growth
265
,
558
(
2004
).
31.
A.
Purakayastha
,
S.
Kim
,
D. D.
Gandhi
,
P. G.
Ganesan
,
T.
Borca-Tasciuc
, and
G.
Ramanath
,
Adv. Mater.
18
,
2958
(
2006
).
32.
G.
Zhang
,
H.
Qin
,
J.
Teng
,
J.
Guo
,
Q.
Guo
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
K.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
053114
(
2009
).
33.
M.
Liu
,
C. Z.
Chang
,
Z.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
W.
Ruan
,
K.
He
,
L. L.
Wang
,
X.
Chen
,
J. F.
Jia
,
S. C.
Zhang
,
Q. K.
Xue
,
X.
Ma
, and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
83
,
165440
(
2011
).
34.
J.
Wang
,
A. M.
DaSilva
,
C. Z.
Chang
,
K.
He
,
J. K.
Jain
,
N.
Samarth
,
X. C.
Ma
,
Q. K.
Xue
, and
M. H. W.
Chan
,
Phys. Rev. B
83
,
245438
(
2011
).
35.
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
066803
(
2012
).
36.
J.
Rammer
,
Quantum Transport Theory
(
Perseus Books
,
Massachusetts
,
1998
).
37.
S.
Hikami
,
A. I.
Larkin
, and
Y.
Nagaoka
,
Prog. Theor. Phys.
63
,
707
(
1980
).
38.
S.
Matsuo
,
T.
Koyama
,
K.
Shimamura
,
T.
Arakawa
,
Y.
Nishihara
,
D.
Chiba
,
K.
Kobayashi
, and
T.
Ono
,
Phys. Rev. B
85
,
075440
(
2012
).
39.
B. L.
Altshuler
,
A. G.
Aronov
, and
D. E.
Khmelnitsky
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
15
,
7367
(
1982
).
40.
J.
Chen
,
X. Y.
He
,
K. H.
Wu
,
Z. Q.
Ji
,
L.
Lu
,
J. R.
Shi
,
J. H.
Smet
, and
Y. Q.
Li
,
Phys. Rev. B
83
,
241304
R
(
2011
).
41.
H.
Steinberg
,
J. B.
Laloe
,
V.
Fatemi
,
J. S.
Moodera
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Phys. Rev. B
84
,
233101
(
2011
).
42.
F. E.
Meijer
,
A. F.
Morpurgo
,
T. M.
Klapwijk
, and
J.
Nitta
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
186805
(
2005
).
43.
S.
Maekawa
and
H.
Fukuyama
,
J. Phys. Soc. Jpn.
50
,
2516
(
1981
).
44.
Y.
Takagaki
,
B.
Jenichen
,
U.
Jahn
,
M.
Ramsteiner
, and
K. J.
Friedland
,
Phys. Rev. B
85
,
115314
(
2012
).
45.
E.
McCann
,
K.
Kechedzhi
,
V. I.
Falko
,
H.
Suzuura
,
T.
Ando
, and
B. L.
Altshuler
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
146805
(
2006
).
46.
P. A.
Lee
and
T. V.
Ramakrishnan
,
Rev. Mod. Phys.
57
,
287
(
1985
).
47.
C. Y.
Wu
,
W. B.
Jian
, and
J. J.
Lin
,
Phys. Rev. B
52
,
15479
(
1995
).
You do not currently have access to this content.