In this paper, we report the epitaxial growth of Bi2Se3 thin films on Si (111) substrate, using molecular beam epitaxy (MBE). We show that the as-grown samples have good crystalline quality, and their surfaces exhibit terracelike quintuple layers. Angel-resolved photoemission experiments demonstrate single-Dirac-conelike surface states. These results combined with the temperature- and thickness-dependent magneto-transport measurements, suggest the presence of a shallow impurity band. Below a critical temperature of ∼100K, the surface states of a 7 nm thick film contribute up to 50% of the total conduction.

1.
L.
Fu
,
C. L.
Kane
, and
E. J.
Mele
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
106803
(
2007
).
2.
J. E.
Moore
and
L.
Balents
,
Phys. Rev. B
75
,
121306
(
2007
).
3.
H.
Zhang
,
C.-X.
Liu
,
X.-L.
Qi
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
S.-C.
Zhang
,
Nat. Phys.
5
,
438
(
2009
).
4.
L.
Fu
and
C. L.
Kane
,
Phys. Rev. B
76
,
045302
(
2007
).
5.
B. A.
Bernevig
,
T. L.
Hughes
, and
S. C.
Zhang
,
Science
314
,
1757
(
2006
).
6.
X. L.
Qi
and
S. C.
Zhang
,
Phys. Today
63
,
33
(
2010
).
7.
C. B.
Satterthwaite
and
R. W.
Ure
,
Phys. Rev.
108
,
1164
(
1957
).
8.
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
).
9.
J. G.
Analytis
,
J. H.
Chu
,
Y. L.
Chen
,
F.
Corredor
,
R. D.
McDonald
,
Z. X.
Shen
, and
I. R.
Fisher
,
Phys. Rev. B
81
,
205407
(
2010
).
10.
D. S.
Kong
,
W. H.
Dang
,
J. J.
Cha
,
H.
Li
,
S.
Meister
,
H. L.
Peng
,
Z. F.
Liu
, and
Y.
Cui
,
Nano. Lett.
10
,
2245
(2010).
11.
H.
Peng
,
K.
Lai
,
D.
Kong
,
S.
Meister
,
Y.
Chen
,
X. L.
Qi
,
S. C.
Zhang
,
Z. X.
Shen
, and
Y.
Cui
,
Nat. Mater.
9
,
225
(
2009
) .
12.
Y. S.
Hor
,
A.
Richardella
,
P.
Roushan
,
Y.
Xia
,
J. G.
Checkelsky
,
A.
Yazdani
,
M. Z.
Hasan
,
N. P.
Ong
, and
R. J.
Cava
,
Phys. Rev. B
79
,
195208
(
2009
).
13.
D.
Hsieh
,
Y.
Xia
,
D.
Qian
,
L.
Wray
,
J. H.
Dil
,
F.
Meier
,
J.
Osterwalder
,
L.
Patthey
,
J. G.
Checkelsky
,
N. P.
Ong
,
A. V.
Fedorov
,
H.
Lin
,
A.
Bansil
,
D.
Grauer
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
M. Z.
Hasan
,
Nature
460
,
1101
(
2009
).
14.
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
).
15.
H. D.
Li
,
Z. Y.
Wang
,
X.
Kan
,
X.
Guo
,
H. T.
He
,
Z.
Wang
,
J. N.
Wang
,
T. L.
Wong
,
N.
Wang
, and
M. H.
Xie
,
New J. Phys.
12
,
103038
(
2010
).
16.
G.
Zhang
,
H.
Qin
,
J.
Teng
,
J.
Guo
,
Q.
Guo
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
K.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
053114
(
2009
).
17.
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. Nano
6
,
216
(2011).
18.
J. M.
Van Hove
,
P. R.
Pukite
, and
P. I.
Cohen
,
Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures
3
,
563
567
(
1985
).
19.
A.
Richardella
,
D. M.
Zhang
,
J. S.
Lee
,
A.
Koser
,
D. W.
Rench
,
A. L.
Yeats
,
B. B.
Buckley
,
D. D.
Awschalom
, and
N.
Samarth
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
262104
(2010).
20.
R. D.
Bringans
and
M. A.
Olmstead
,
Phys. Rev. B
39
,
12985
(
1989
).
21.
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
).
22.
J. G.
Checkelsky
,
Y. S.
Hor
,
M. H.
Liu
,
D. X.
Qu
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
246601
(
2009
).
23.
E.
Ohta
and
M.
Sakata
,
Solid-State Electron.
22
,
677
(
1979
).
24.
R.
Jones
and
W.
Schaich
,
J. Phys. C
5
,
43
(
1972
).
25.
N. F.
Mott
,
J. Non-Crystal. Solids
1
,
1
(
1968
).
26.
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
).
27.
J. G.
Checkelsky
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
, arXiv: 1003.3883v1 [cond-mat.mes-hall] (
2010
).
28.
D. X.
Qu
,
Y. S.
Hor
,
J.
Xiong
,
R. J.
Cava
, and
N. P.
Ong
,
Science
329
,
821
(
2010
).
29.
M.
Lee
,
T. F.
Rosenbaum
,
M. L.
Saboungi
, and
H. S.
Schnyders
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
066602
(
2002
).
30.
P. A.
Lee
,
A. D.
Stone
, and
H.
Fukuyama
,
Phys. Rev. B
35
,
1039
(
1987
).
You do not currently have access to this content.