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.
REFERENCES
1.
J. E.
Moore
, Nat. Phys.
5
, 378
(2009
).2.
J. E.
Moore
, Nature
464
, 194
(2010
).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.
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
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.