Weyl半金属中的缺陷工程

自从石墨烯首次在科学界声名大噪以来，人们对拓扑绝缘体的兴趣大增。由于其独特的能带和输运性质，近年来引起了广泛关注的一个领域是Weyl半金属(WSMs)。

一组来自中国的研究人员已经在碲化钨（WTe）中引入了缺陷₂)样品使用镓离子来研究缺陷对材料性能和电子结构的影响。

Weyl半金属最早应用于砷化钽（TaAs）家族，由于其独特的能带结构和输运性质，因此越来越受欢迎。

近年来，Weyl半金属的许多理论形式，如Weyl点、Weyl锥、费米弧和手性异常等，已经取得了实验成果，而且研究领域还在不断扩大。

Weyl家族最近的一项发现是II型Weyl半金属。这些已在WTe中得到证实₂微粒₂和莫_xW_1-xTe₂化合物和现在已知的特征是出现在空穴和电子接触点的Weyl锥。

所有II型威尔半金属，WTe₂在纯WTe₂已通过一系列光谱技术进行了实验推导。

一个缺乏的领域是缺陷在WTe中的位置以及如何影响能带结构₂，但中国的研究团队现在已经将镓离子引入WTe的能带结构中₂并运用理论和实验相结合的方法研究了它们的相对位置和作用。

研究人员创造了WTe₂薄片通过机械剥离大块单晶，并将它们沉积在带有二氧化硅层的硅片上。然后，研究人员通过传统的光刻和电子束蒸发方法连接钛/金电触点来制造该设备。

研究人员将镓离子引入WTe中₂使用带有Ga的双光束系统（FEI Helios Nanolab 600i）的设备⁺离子源。波束系统经过了专门的校准，以覆盖设备内的所有通道区域，而不会对设备本身造成重大损害。

这个过程确实导致了离子碰撞造成的一些轻微的级联损伤，但是研究人员使用热退火技术来修复损伤。

研究人员描述了WTe₂该装置使用光学显微镜、原子力显微镜（AFM）、显微拉曼光谱（LabRAM HR）和四探针磁阻和霍尔电阻率测量（量子设计PPMS-14）。

研究人员还结合使用了维也纳从头算模拟软件包（VASP）代码、投影仪增强波（PAW）和Perdew、Burke和Ernzerhof（PBE）电子计算方法。

理论计算和实验结果一致，并得出结论，缺陷引入WTe₂能带结构是成功的，弗伦克尔缺陷是最主要的缺陷类型。

研究人员进行的测量和分析表明，使用镓离子后，磁电阻和霍尔电阻发生了显著变化。由于存在Frenkel缺陷，还发现带结构中电子空穴的浓度降低。

镓离子掺入也被发现引起WTe费米表面的变化₂材料，以及它的电子能带结构。

利用缺陷工程方法，研究人员已经证明了一种控制WTe电子特性的有效方法₂设备。镓的实现被认为是实现电子优化的有效途径，并且有可能扩展到其他层状过渡金属二卤化物（TMD）的薄膜器件。

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资料来源：

“通过Ga+离子注入调控II型Weyl半金属WTe2纳米器件的电输运”- Fu D，科学报告，2017,DOI:10.1038/s41598-017-12865-8

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