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.
REFERENCES
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
).© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.