PDF《拓扑半金属材料的单晶生长研究进展》

12 (2018)

128102 化学气相传输法则要借助一些挥发性材料作 为反应载体 (常见载体材料有 I2, AlCl3, TeCl4 等), 将原材料从一端传输至另一端结晶, 这中间传输载 体会和原材料发生化学反应, 然后在温度的驱动下 再脱离原材料, 返回原始成分. 原材料通常位于热 区, 晶体沉积在冷区, 但也有可能相反, 这取决于反 应的热力学和动力学 [39?41] .

3 Dirac半金属的单晶生长 自三维 Dirac 材料被理论预言以来就获得了 非常广泛的关注. Na3Bi, Cd3As2 以及 EuCd2As2 等材料的提出, 打开了在固体材料中探寻三维 Dirac 费米子的大门. Na3Bi 和Cd3As2 是首先被 预言的三维 Dirac 材料 [4,7] , 其中的 Dirac 点刚好处 在费米能级附近, 是非常理想的三维 Dirac 材料. EuCd2As2 被认为是同时打破了空间及时间反演 对称性却受到空间 -时间联合对称性所保护的新型 Dirac 材料 [42] . 这几种材料的多晶形态已经被研 究, 结构也早已被人们认知. 理论上只要存在这种 材料, 就能够生长出其单晶形态. 上述的材料均能 够用助熔剂法长出高质量、 大尺寸的单晶. 3.1 Na3Bi Na3Bi 是六方层状的化合物, 几十年前就已经被发现并确定了结构[43] , 其晶胞参数为a=5.448 ?, c = 9.655 ?. 通过观察材料的化 学式, 发现 Na 和Bi 都是熔点很低的金属, 分别为

98 ? C 和271 ? C, 但是 Na3Bi 的熔点反而很高, 为845 ? C. 同时, 在Na 比例比较多时, 并没有其他化 合物产生, 如图

2 (c) 所示 [44] . 因此, Na 是生长这 个单晶的理想助熔剂. Kushwaha 等[45] 用两种方 法分别生长了 Na3Bi 的单晶材料, 直接熔融结晶法 长出的单晶如图

2 (a) 所示, 没有非常好的解离面, 而是形成了金属锭子一样的单晶, 限制了后续的测 试实验. 利用 Na 作为助熔剂长出的单晶如图

2 (b) 所示, 呈现出非常平整的六角结构的晶体表面, 这 也是 Na3Bi 的自然解离面.........