Scanning tunneling microscopy study of Bi2Se3(0001) and of FeSe and Bi nanostructures on Bi2Se3(0001)

Abstract

Aktuell ziehen topologische Isolatoren (TI) viel Aufmerksamkeit auf sich. In der vorliegenden Arbeit wird die Rastertunnelmikroskopie in Kombination mit zusätzlichen Techniken verwendet, um Bi2Se3(0001)-Oberflächen, FeSe-Atomlagen sowie Bi-Doppelschichten auf Bi2Se3(0001) zu präparieren und zu analysieren. Epitaxiale FeSe-Inseln mit der anisotropen ebenen Spannung und Flächenverbreiterung auf mehreren hundert nm und mit einer kleineren Einheitszellensdicke werden durch die Fe-Abscheidung unter Raumtemperatur und mit dem nachfolgenden Glühen hergestellt. Bi-Doppelschichten werden auf Bi2Se3(0001) durch atomares Wasserstoff-Plasmaätzen gebildet, das Se aus der Bi2Se3 Probe wird entfernt. Die Ergebnisse der Rastertunnelspektroskopie bilden die elektronischen Eigenschaften der Bi2Se3-Oberfläche und der Bi-Doppelschicht ab. Es gibt neue Erkenntnisse bezüglich der Frage, ob die FeSe-Nanostrukturen auf der Bi2Se3-Oberfläche ein Beispiel für einen Hochtemperatursupraleiter sind.

Nowadays topological insulators (TI) attract a lot of attention. New opportunities for spintronics and quantum computation arise from an interplay between TI and other phenomena, such as magnetism and superconductivity. The present work reports on scanning tunneling microscopy study (in combination with additional techniques) of the preparation of Bi2Se3(0001) surfaces, and FeSe atomic layers and Bi bilayer on Bi2Se3(0001). Epitaxial FeSe islands with an anisotropic in-plane strain and lateral extensions of several hundred nm and a few unit cell thickness are produced by Fe deposition at room temperature and subsequent annealing. Bi bilayers are formed on Bi2Se3(0001) by atomic hydrogen plasma etching, which removes Se from the Bi2Se3 sample. Scanning tunneling spectroscopy results represent electronic properties of Bi2Se3 surface and Bi BL. New insights are provided into the question if the FeSe nanostructures on the Bi2Se3 surface are an example of a high Tc unconventional SC.