In this study, a series of Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 (BSTS) flakes 80-nm to 140-μm in thickness was fabricated to investigate their metallic surface states. We report the observation of surface-dominated transport in these topological insulator BSTS nanoflakes. The achievement of surface-dominated transport can be attributed to high surface mobility (∼3000 cm2/V s) and low bulk mobility (12 cm2/V s). Up to 90% of the total conductance, the surface channel was estimated based on the thickness dependence of electrical conductance and the result of the Shubnikov-de Hass oscillations in a 200-nm BSTS. The nature of nontrivial Dirac surface states was also confirmed by the weak anti-localization effect.

1.
J. E.
Moore
,
Nature (London)
464
,
194
(
2010
).
2.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
3.
X. L.
Qi
and
S. C.
Zhang
,
Phys. Today
63
(
1
),
33
(
2010
).
4.
L.
Fu
and
C. L.
Kane
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
096407
(
2008
).
5.
T. D.
Stanescu
,
J. D.
Sau
,
R. M.
Lutchyn
, and
S. D.
Sarma
,
Phys. Rev. B
81
,
241310
R
(
2010
).
6.
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
).
7.
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
).
8.
D.
Hsieh
,
Y.
Xia
,
D.
Qian
,
L.
Wray
,
F.
Meier
,
J. H.
Dil
,
J.
Osterwalder
,
L.
Patthey
,
A. V.
Fedorov
,
H.
Lin
,
A.
Bansil
,
D.
Grauer
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
M. Z.
Hasan
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
146401
(
2009
).
9.
Z.
Alpichshev
,
J. G.
Analytis
,
J.-H.
Chu
,
I. R.
Fisher
,
Y. L.
Chen
,
Z. X.
Shen
,
A.
Fang
, and
A.
Kapitulnik
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
016401
(
2010
).
10.
T.
Zhang
,
P.
Cheng
,
X.
Chen
,
J. F.
Jia
,
X. C.
Ma
,
K.
He
,
L. L.
Wang
,
H.
Zhang
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
,
X.
Xie
, and
Q. K.
Xue
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
266803
(
2009
).
11.
Y.
Zhang
,
K.
He
,
C. Z.
Chang
,
C. L.
Song
,
L. L.
Wang
,
X.
Chen
,
J. F.
Jia
,
Z.
Fang
,
X.
Dai
,
W. Y.
Shan
,
S. Q.
Shen
,
Q. A.
Niu
,
X. L.
Qi
,
S. C.
Zhang
,
X. C.
Ma
, and
Q. K.
Xue
,
Nat. Phys.
6
,
584
(
2010
).
12.
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
066803
(
2012
).
13.
A.
Roy
,
S.
Guchhait
,
S.
Sonde
,
R.
Dey
,
T.
Pramanik
,
A.
Rai
,
H. C. P.
Movva
,
L.
Colombo
, and
S. K.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
163118
(
2013
).
14.
B. F.
Gao
,
P.
Gehring
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
212402
(
2012
).
15.
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
(
2011
).
16.
F.
Xiu
,
L.
He
,
Y.
Wang
,
L.
Cheng
,
L.-T.
Chang
,
M.
Lang
,
G.
Huang
,
X.
Kou
,
Y.
Zhou
,
X.
Jiang
,
Z.
Chen
,
J.
Zou
,
A.
Shailos
, and
K. L.
Wang
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
216
(
2011
).
17.
J.
Lee
,
J.
Park
,
J. H.
Lee
,
J. S.
Kim
, and
H. J.
Lee
,
Phys. Rev. B
86
,
245321
(
2012
).
18.
B.
Xia
,
P.
Ren
,
A.
Sulaev
,
P.
Liu
,
S. Q.
Shen
, and
L.
Wang
,
Phys. Rev. B
87
,
085442
(
2013
).
19.
X. Y.
He
,
T.
Guan
,
X. X.
Wang
,
B. J.
Feng
,
P.
Cheng
,
L.
Chen
,
Y. Q.
Li
, and
K. H.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
123111
(
2012
).
20.
Z.
Ren
,
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. B
84
,
165311
(
2011
).
21.
A. A.
Taskin
,
Z.
Ren
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
016801
(
2011
).
22.
T.
Arakane
,
T.
Sato
,
S.
Souma
,
K.
Kosaka
,
K.
Nakayama
,
M.
Komatsu
,
T.
Takahashi
,
Z.
Ren
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Nature Commun.
3
,
636
(
2012
).
23.
L.
Fang
,
Y.
Jia
,
D. J.
Miller
,
M. L.
Latimer
,
Z. L.
Xiao
,
U.
Welp
,
G. W.
Crabtree
, and
W. K.
Kwok
,
Nano Lett.
12
,
6164
(
2012
).
24.
D.
Schoenberg
,
Magnetic Oscillations in Metals
(
Cambridge University Press
,
London
,
1984
).
25.
D. X.
Qu
,
Y. S.
Hor
,
J.
Xiong
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
,
Science
329
,
821
(
2010
).
26.
Y. S.
Kim
,
M.
Brahlek
,
N.
Bansal
,
E.
Edrey
,
G. A.
Kapilevich
,
K.
Iida
,
M.
Tanimura
,
Y.
Horibe
,
S. W.
Cheong
, and
S.
Oh
,
Phys. Rev. B
84
,
073109
(
2011
).
27.
S.
Hikami
,
A. I.
Larkin
, and
Y.
Nagaoka
,
Prog. Theor. Phys.
63
,
707
(
1980
).
You do not currently have access to this content.