We report a thorough crystal and transport characterization of sputtered polycrystalline BixSe1x(20nm), grown on a thermally oxidized silicon substrate. The crystal and grain structures of the sample are characterized by transmission electron microscopy. Selected-area electron diffraction shows a highly polycrystalline structure. Transport measurements suggest semiconducting behavior of the BixSe1x film with a very high carrier concentration (∼1020 cm3) and low mobility [∼8 cm2/(V s)]. High-field magnetoresistance measurements reveal weak antilocalization, to which both the low mobility and the angular dependence suggest an impurity-dominated contribution. Fitting parameters are obtained from 2D magnetoconductivity using the Hikami-Larkin-Nagaoka equation. The variation of the phase coherence length with temperature suggests electron–electron scattering for phase decoherence. Electron–electron interaction theory is used to analyze the low-temperature conductivity.

1.
D.
Pesin
and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Mater.
11
,
409
(
2012
).
3.
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
).
4.
L. B.
Altshuler
,
D.
Khmel'nitzkii
,
A. I.
Larkin
, and
P.
Lee
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter
22
,
5142
(
1980
).
5.
R. S.
Gonnelli
,
E.
Piatti
,
A.
Sola
,
M.
Tortello
,
F.
Dolcini
,
S.
Galasso
,
J. R.
Nair
,
C.
Gerbaldi
,
E.
Cappelluti
,
M.
Bruna
, and
A. C.
Ferrari
,
2D Mater.
4
,
3
(
2017
).
6.
A. M. R.
Baker
,
J. A.
Alexander-Webber
,
T.
Altebaeumer
,
T. J. B. M.
Janssen
,
A.
Tzalenchuk
,
S.
Lara-Avila
,
S.
Kubatkin
,
R.
Yakimova
,
C.-T.
Lin
,
L.-J.
Li
, and
R. J.
Nicholas
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter
86
,
235441
(
2012
).
7.
S.
Datta
,
Electronic Transport in Mesoscopic Systems
(
Cambridge University Press
,
1997
).
8.
B.
Zhao
,
P.
Cheng
,
H.
Pan
,
S.
Zhan
,
B.
Wang
,
G.
Wang
,
F.
Xiu
, and
F.
Song
,
Sci. Rep.
6
,
22377
(
2016
).
9.
G.
Bergmann
,
Solid State Commun.
42
(
11
),
815
(
1982
).
10.
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
(
36
),
4002
(
2010
).
11.
L.
He
,
F.
Xiu
,
Y.
Wang
,
A. V.
Fedorov
,
G.
Huang
,
X.
Kou
,
M.
Lang
,
W. P.
Beyermann
,
J.
Zou
, and
K. L.
Wang
,
J. Appl. Phys.
109
,
103702
(
2011
).
12.
G.
Zhang
,
H.
Qin
,
J.
Teng
,
J.
Guo
,
Q.
Guo
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
K.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
053114
(
2009
).
13.
M.
DC
,
M.
Jamali
,
J. Y.
Chen
,
D. R.
Hickey
,
D.
Zhang
,
Z.
Zhao
,
H.
Li
,
P.
Quarterman
,
Y.
Lv
,
M.
Li
,
K. A.
Mkhoyan
, and
J. P.
Wang
,
Amer. Phys. Soc.
62
(
4
) (
2017
); e-print arXiv:1703.03822 (2017).
14.
W. J.
Wang
,
K. H.
Gao
, and
Z. Q.
Li
,
Sci. Rep.
6
,
25291
(
2016
).
15.
R. J.
Cava
,
H.
Ji
,
M. K.
Fuccillo
,
Q. D.
Gibson
, and
Y. S.
Hor
,
J. Mater. Chem. C
1
,
3176
(
2013
).
16.
Z.
Ali
,
S.
Butt
,
C.
Cao
,
F.
Butt
,
M.
Tahir
,
M.
Tanveer
,
I.
Aslam
,
M.
Rizwan
,
F.
Idrees
, and
S.
Khalid
,
AIP Adv.
4
,
117129
(
2014
).
17.
M.
Pradhan
,
I.
Song
,
J.
Lee
,
M.
Lee
,
C.
Park
, and
H. C.
Choi
,
RSC Adv.
6
,
106960
(
2016
).
18.
V.
Holý
,
D.
Kriegner
,
H.
Steiner
,
J.
Stangl
,
G.
Bauer
, and
G.
Springholz
,
Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol.
8
,
015006
(
2017
).
19.
Z. Y.
Wang
,
X.
Guo
,
H. D.
Li
,
T. L.
Wong
,
N.
Wang
, and
M. H.
Xie
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
023112
(
2011
).
20.
S.
Hikami
,
A. I.
Larkin
, and
Y.
Nagaoka
,
Prog. Theor. Phys.
63
(
2
),
707
(
1980
).
21.
Z.
Li
,
I.
Garate
,
J.
Pan
,
X.
Wan
,
T.
Chen
,
W.
Ning
,
X.
Zhang
,
F.
Song
,
Y.
Meng
,
X.
Hong
,
X.
Wang
,
L.
Pi
,
X.
Wang
,
B.
Wang
,
S.
Li
,
L.
Glazman
, and
G.
Wang
,
Phys. Rev. B
91
,
041401
(
2015
).
22.
C. J.
Lin
,
X. Y.
He
,
J.
Liao
,
X. X.
Wang
,
V.
Sacksteder
 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
).
23.
H.
Steinberg
,
J.-B.
Lalöe
,
V.
Fatemi
,
J. S.
Moodera
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Phys. Rev. B
84
,
233101
(
2011
).
24.
K.
Shrestha
,
M.
Chou
,
D.
Graf
,
H. D.
Yang
,
B.
Lorenz
, and
P. C. W.
Chu
, in
APS March Meeting
,
2016
.
25.
J. J.
Cha
,
D.
Kong
,
S.-S.
Hong
,
J. G.
Analytis
,
K.
Lai
, and
Y.
Cui
,
Nano Lett.
12
,
1107
(
2012
).
26.
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
066803
(
2012
).
27.
P.
Gehring
,
B.
Gao
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
023116
(
2012
).
28.
Z.
Ren
,
A. A.
Taskin
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
, and
Y.
Ando
,
Phys. Rev. B
82
,
241306
(
2010
).
29.
J.
Xiong
,
A. C.
Petersen
,
D.-X.
Qu
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
,
Physica E
44
(
5
),
917
920
(
2012
).
30.
Y.
Jiang
,
M.
Hao
,
L.
Jiang
,
F.
Liu
, and
Y.
Liu
,
RSC Adv.
6
,
47840
(
2016
).
31.
W.
Ehrenberg
,
Proc. Phys. Soc. London, Sect. A
63
,
75
(
1950
).
32.
K.
Lark-Horovitz
,
Electr. Eng.
68
(
12
),
1047
(
1949
).
33.
W.
Shockley
,
Bell Labs Tech. J.
28
(
3
),
435
(
1949
).
34.
R. G.
Pires
,
R. M.
Dickstein
,
S. L.
Titcomb
, and
R. L.
Anderson
,
Cryogenics
30
(
12
),
1064
(
1990
).
35.
C. T.
Elliot
,
I.
Melngailis
,
T. C.
Harman
, and
A. G.
Foyt
,
J. Phys. Chem. Solids
33
,
1527
(
1972
).
36.
F.
Balestra
,
L.
Audaire
, and
C.
Lucas
,
Solid-State Electron.
30
(
3
),
321
(
1987
).
37.
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
).
38.
L.
He
,
F.
Xiu
,
X.
Yu
,
M.
Teague
,
W.
Jiang
,
Y.
Fan
,
X.
Kou
,
M.
Lang
,
Y.
Wang
,
G.
Huang
,
N-C.
Yeh
, and
K. L.
Wang
,
Nano Lett.
12
,
1486
1490
(
2012
).
39.
P.
Drude
,
Annalen der Physik.
306
(
3
),
566
613
.
40.
M. V.
Exter
and
D.
Grischkowsky
,
Phys. Rev. B
41
(
17
),
12140
(
1990
).
41.
B. L.
Anderson
and
R. L.
Anderson
,
Fundamentals of Semiconductor Devices
(
McGraw Hill
,
2005
).
42.
M.
Brahlek
,
N.
Koirala
,
M.
Salehi
,
N.
Bansal
, and
S.
Oh
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
026801
(
2014
).
43.
R. K.
Gopal
,
S.
Singh
,
A.
Mandal
,
J.
Sarkar
, and
C.
Mitra
,
Sci. Rep.
7
,
4924
(
2017
).
44.
I.
Garate
and
L.
Glazman
,
Phys. Rev. B
86
,
039909
(
2012
).
45.
J. C.
Phillips
,
Solid-State Commun.
47
(
3
),
191
(
1983
).
46.
B. I.
Shklovskii
and
A. L.
Efros
,
Electronic Properties of Doped Semiconductors
(
Springer, Verlag
,
Berlin
,
1984
).
47.
P. A.
Lee
and
T. V.
Ramakrishnan
,
Rev. Mod. Phys.
57
,
287
(
1985
).
48.
H. B.
Zhang
,
J. D.
Yao
,
J. M.
Shao
, and
G. W.
Yang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
095003
(
2016
).
49.
S.-K.
Jerng
,
K.
Joo
,
Y.
Kim
,
S.-M.
Yoon
,
J. H.
Lee
,
M.
Kim
,
J. S.
Kim
,
E.
Yoon
,
S.-H.
Chun
, and
Y. S.
Kim
,
Nanoscale
5
,
10618
(
2013
).
50.
A.
Agarwala
and
V. B.
Shenoy
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
236402
(
2017
).
You do not currently have access to this content.