Controllable Synthesis of High-Quality Magnetic Topological Insulator MnBi2Te4 and MnBi4Te7 Multilayers by Chemical Vapor Deposition

拓扑绝缘体 化学气相沉积 材料科学 凝聚态物理 拓扑(电路) 外延 云母 纳米技术 物理 图层(电子) 数学 组合数学 复合材料
作者
Hui Guo,Chenyu Bai,Ke Zhu,Senhao Lv,Zhaoyi Zhai,Jingyuan Qu,Guoyu Xian,Yechao Han,Guojing Hu,Qi Qi,Guangtong Liu,Fang Jiao,Lihong Bao,Xiaotian Bao,Xinfeng Liu,Hui Chen,Xiao Lin,Wu Zhou,Jiadong Zhou,Haitao Yang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04700
摘要

With a nontrivial topological band and intrinsic magnetic order, two-dimensional (2D) MnBi2Te4-family materials exhibit great promise for exploring exotic quantum phenomena and potential applications. However, the synthesis of 2D MnBi2Te4-family materials via chemical vapor deposition (CVD), which is essential for advancing device applications, still remains a significant challenge since it is difficult to control the reactions among multi-precursors and form pure phases. Here, we report a controllable synthesis of high-quality magnetic topological insulator MnBi2Te4 and MnBi4Te7 multilayers via an evaporation-rate-controlled CVD approach. The multilayers are grown on a mica substrate epitaxially, exhibiting a regular triangle shape. By controlling growth temperatures, the thickness and lateral size of the 2D MnBi2Te4 are well regulated. Furthermore, the magneto-transport measurements clearly reveal multistep spin-flop transitions for both odd- and even-number-layered MnBi2Te4 multilayers. Our study marks a significant stride toward future transformative applications in devices based on high-quality, edge- and thickness-controlled 2D magnetic topological quantum materials.

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