We report that thin films of a prototype topological insulator, Bi2Se3, can be epitaxially grown onto the (0001) surface of BaFe12O19 (BaM), a magnetic insulator with high Curie temperature and large perpendicular anisotropy. In the Bi2Se3 thin films grown on non-magnetic substrates, classic weak antilocalization (WAL) is manifested as cusp-shaped positive magnetoresistance (MR) in perpendicular magnetic fields and parabola-shaped positive MR in parallel fields, whereas in Bi2Se3/BaM heterostructures the low field MR is parabola-shaped, which is positive in perpendicular fields and negative in parallel fields. The magnetic field and temperature dependence of the MR is explained as a consequence of the suppression of WAL due to strong magnetic interactions at the Bi2Se3/BaM interface.

1.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
2.
X.-L.
Qi
and
S.-C.
Zhang
,
Rev. Mod. Phys.
83
,
1057
(
2011
).
3.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
(
2007
).
4.
X.-L.
Qi
,
T. L.
Hughes
, and
S.-C.
Zhang
,
Phys. Rev. B
78
,
195424
(
2008
).
5.
A. M.
Essin
,
J. E.
Moore
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
146805
(
2009
).
6.
X.-L.
Qi
,
R.
Li
,
J.
Zang
, and
S.-C.
Zhang
,
Science
323
,
1184
(
2009
).
7.
L.
Fu
and
C. L.
Kane
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
216403
(
2009
).
8.
A. R.
Akhmerov
,
J.
Nilsson
, and
C. W. J.
Beenakker
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
216404
(
2009
).
9.
I.
Garate
and
M.
Franz
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
146802
(
2010
).
10.
W.-K.
Tse
and
A. H.
MacDonald
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
057401
(
2010
).
11.
T.
Yokoyama
,
Y.
Tanaka
, and
N.
Nagaosa
,
Phys. Rev. B
81
,
121401
(
2010
).
12.
G. Y.
Cho
and
J. E.
Moore
,
Phys. Rev. B
84
,
165101
(
2011
).
14.
L.
Oroszlány
and
A.
Cortijo
,
Phys. Rev. B
86
,
195427
(
2012
).
15.
A.
Mauger
and
C.
Godart
,
Phys. Rep.
141
,
51
(
1986
).
16.
P.
Wei
,
F.
Katmis
,
B. A.
Assaf
,
H.
Steinberg
,
P.
Jarillo-Herrero
,
D.
Heiman
, and
J. S.
Moodera
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
186807
(
2013
).
17.
Q. I.
Yang
,
M.
Dolev
,
L.
Zhang
,
J.
Zhao
,
A. D.
Fried
,
E.
Schemm
,
M.
Liu
,
A.
Palevski
,
A. F.
Marshall
,
S. H.
Risbud
, and
A.
Kapitulnik
,
Phys. Rev. B
88
,
081407
(
2013
).
18.
S.
von Molnár
and
S.
Methfess
,
J. Appl. Phys.
38
,
959
(
1967
).
19.
A.
Kandala
,
A.
Richardella
,
D. W.
Rench
,
D. M.
Zhang
,
T. C.
Flanagan
, and
N.
Samarth
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
202409
(
2013
).
20.
Y. M.
Lu
,
Y.
Choi
,
C. M.
Ortega
,
X. M.
Cheng
,
J. W.
Cai
,
S. Y.
Huang
,
L.
Sun
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
147207
(
2013
).
21.
H.
Ji
,
R. A.
Stokes
,
L. D.
Alegria
,
E. C.
Blomberg
,
M. A.
Tanatar
,
A.
Reijnders
,
L. M.
Schoop
,
T.
Liang
,
R.
Prozorov
,
K. S.
Burch
,
N. P.
Ong
,
J. R.
Petta
, and
R. J.
Cava
,
J. Appl. Phys.
114
,
114907
(
2013
).
22.
Y.
Fan
,
P.
Upadhyaya
,
X.
Kou
,
M.
Lang
,
S.
Takei
,
Z.
Wang
,
J.
Tang
,
L.
He
,
L.-T.
Chang
,
M.
Montazeri
,
G.
Yu
,
W.
Jiang
,
T.
Nie
,
R. N.
Schwartz
,
Y.
Tserkovnyak
, and
K. L.
Wang
,
Nat. Mater.
13
,
699
(
2014
).
23.
H.
Kojima
and
K.
Goto
,
J. Appl. Phys.
36
,
538
(
1965
).
24.
S. G.
Wang
,
S. D.
Yoon
, and
C.
Vittoria
,
J. Appl. Phys.
92
,
6728
(
2002
).
25.
Y.
Chen
,
A. L.
Geiler
,
T.
Chen
,
T.
Sakai
,
C.
Vittoria
, and
V. G.
Harris
,
J. Appl. Phys.
101
,
09M501
(
2007
).
26.
Y.-Y.
Song
,
C. L.
Ordoez-Romero
, and
M.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
142506
(
2009
).
27.
Ü
Özgür
,
Ya. I.
Alivov
, and
H.
Morkoc
,
J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
20
,
789
(
2009
).
28.
Y.
Chen
,
T.
Sakai
,
T.
Chen
,
S. D.
Yoon
,
A. L.
Geiler
,
C.
Vittoria
, and
V. G.
Harris
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
062516
(
2006
).
29.
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.
Niu
,
X.-L.
Qi
,
S.-C.
Zhang
,
X.-C.
Ma
, and
Q.-K.
Xue
,
Nat. Phys.
6
,
584
(
2010
).
30.
H.-Z.
Lu
,
J.
Shi
, and
S.-Q.
Shen
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
076801
(
2011
).
31.
H.-Z.
Lu
and
S.-Q.
Shen
,
Phys. Rev. B
84
,
125138
(
2011
).
32.
M. H.
Liu
,
J. S.
Zhang
,
C. Z.
Chang
,
Z. C.
Zhang
,
X.
Feng
,
K.
Li
,
K.
He
,
L. L.
Wang
,
X.
Chen
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
,
Q. K.
Xue
,
X. C.
Ma
, and
Y. Y.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
036805
(
2012
).
33.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4895073 for details of experimental methods, additional structural characterization, and electron transport data.
34.
J. G.
Analytis
,
J.-H.
Chu
,
Y.
Chen
,
F.
Corredor
,
R. D.
McDonald
,
Z. X.
Shen
, and
I. R.
Fisher
,
Phys. Rev. B
81
,
205407
(
2010
).
35.
J.
Chen
,
H. J.
Qin
,
F.
Yang
,
J.
Liu
,
T.
Guan
,
F. M.
Qu
,
G. H.
Zhang
,
J. R.
Shi
,
X. C.
Xie
,
C. L.
Yang
,
K. H.
Wu
,
Y. Q.
Li
, and
L.
Lu
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
176602
(
2010
).
36.
J. G.
Checkelsky
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
196801
(
2011
).
37.
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
).
38.
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
).
39.
H.
Steinberg
,
J. B.
Laloë
,
V.
Fatemi
,
J. S.
Moodera
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Phys. Rev. B
84
,
233101
(
2011
).
40.
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
066803
(
2012
).
41.
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
).
42.
I.
Garate
and
L.
Glazman
,
Phys. Rev. B
86
,
035422
(
2012
).
43.
S.
Hikami
,
A. I.
Larkin
, and
Y.
Nagaoka
,
Prog. Theor. Phys.
63
,
707
(
1980
).
44.
C. J.
Lin
,
X. Y.
He
,
J.
Liao
,
X. X.
Wang
,
V. S.
Iv
,
W. M.
Yang
,
T.
Guan
,
Q. M.
Zhang
,
L.
Gu
,
G. Y.
Zhang
,
C. G.
Zeng
,
X.
Dai
,
K. H.
Wu
, and
Y. Q.
Li
,
Phys. Rev. B
88
,
041307
(
2013
).
45.
M.
Lang
,
M.
Montazeri
,
M. C.
Onbasli
,
X.
Kou
,
Y.
Fan
,
P.
Upadhyaya
,
K.
Yao
,
F.
Liu
,
Y.
Jiang
,
W.
Jiang
,
K. L.
Wong
,
G.
Yu
,
J.
Tang
,
T.
Nie
,
L.
He
,
R. N.
Schwartz
,
Y.
Wang
,
C. A.
Ross
, and
K. L.
Wang
,
Nano Lett.
14
,
3459
(
2014
).
47.
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
).
48.
C. L.
Chien
,
J. Q.
Xiao
, and
J. S.
Jiang
,
J. Appl. Phys.
73
,
5309
(
1993
).
49.
J. Q.
Xiao
,
J. S.
Jiang
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
3749
(
1992
).
50.
J.-Q.
Wang
,
P.
Xiong
, and
G.
Xiao
,
Phys. Rev. B
47
,
8341
(
1993
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.