021] 在一些示例中，0.40<x<0.48，0.14勺<0.17，0.18知<0.19。
[0022] 在一些示例中，所述材料沉積在絕緣基板上，并且形成為具有3至7化的厚度。優選 地，所述材料可W在絕緣基板上形成為具有大約5化的厚度。
[0023] 在一些示例中，所述絕緣基板包括SrTi化。
[0024] 根據另一示范性實施例，一種霍爾器件可包括由上述具有量子化反常霍爾效應的 材料形成的元件。
【附圖說明】
[0025] 圖1是示出根據本發明一實施例的具有量子化反常霍爾效應的材料的晶體結構的 示意圖，其中（a)是示出其晶胞結構的立體圖，（b)是示出其晶胞中的各個位點的俯視示意 圖，（C)是示出其晶胞中的分層結構的側視示意圖。
[0026] 圖2示出根據本發明一實施例的制造具有量子化反常霍爾效應的材料的流程圖。
[0027] 圖3示出根據本發明一實施例的用于測量材料樣品的量子化反常霍爾效應的結構 示意圖。
[0028] 圖4示出根據示例1的材料樣品的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0029] 圖5示出根據示例1的材料樣品在不同底柵電壓調控下的反常霍爾電阻曲線圖。
[0030] 圖6示出根據示例2的材料樣品的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0031] 圖7示出根據示例2的材料樣品在不同底柵電壓調控下的反常霍爾電阻曲線圖。
[0032] 圖8示出根據示例3的材料樣品在第一溫度下的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0033] 圖9示出根據示例3的材料樣品在第一溫度下在不同底柵電壓調控下的反常霍爾 電阻曲線圖。
[0034] 圖10示出根據示例3的材料樣品在第二溫度下的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0035] 圖11示出根據示例3的材料樣品在第二溫度下在不同底柵電壓調控下的反常霍爾 電阻曲線圖。
[0036] 圖12示出根據示例4的材料樣品的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0037] 圖13示出根據示例4的材料樣品在不同底柵電壓調控下的反常霍爾電阻曲線圖。
[0038] 圖14示出根據示例5的材料樣品的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0039] 圖15示出根據示例5的材料樣品在不同底柵電壓調控下的反常霍爾電阻曲線圖。
[0040] 圖16示出根據示例6的材料樣品的反常霍爾效應測量曲線圖。
[0041] 圖17示出根據示例6的材料樣品在不同底柵電壓調控下的反常霍爾電阻曲線圖。
【具體實施方式】
[0042] 本發明提供一種具有量子化反常霍爾效應的材料，其可W在顯著更高的溫度下觀 測到量子化反常霍爾效應，因此使量子化反常霍爾效應的實際應用成為可能。本發明還提 供由該材料形成的霍爾器件。下面將結合附圖詳細描述本發明的一些具體實施例。
[0043] 根據本發明一具體實施例，一種具有量子化反常霍爾效應的材料可包括拓撲絕緣 體基材和滲雜到拓撲絕緣體基材中的至少第一、第二和第=元素。運里，所滲雜的第一、第 二和第=元素也可W分別稱為第一、第二和第=雜質。第一元素可引入電子型載流子，第二 和第=元素可引入空穴型載流子。并且，第二和第=元素還引入磁特性，從而形成雙磁性滲 雜拓撲絕緣體。
[0044] 拓撲絕緣體基材可W是=蹄化二錬量子阱材料，化學式為Sb2Te3。用作電子型滲雜 的第一元素可W是祕(Bi),用作空穴型滲雜W及磁性滲雜的第二和第=元素可W選自包括 ￥、吐、1'1^6、111的群組。第一、第二和第^元素都^代替56位置的方式進行滲雜。例如，在一 優選實施例中，第二元素包括V，第S元素包括Cr,從而該材料可W由化學式（CryVi-y)z (BixSbi-x)2-zTe3表示，其中0知<1，0<戶1，0知<2。該材料可^在絕緣基板上形成為具有3至 7化厚度(約為巧Ij7納米）的量子阱層，其中化代表五原子層。在一優選實施例中，該材料可 W在絕緣基板上形成為具有5化厚度(約為3到7納米)的量子阱層。
[0045] 圖1示出該材料的晶體結構，其中圖1的(a)是示出其晶胞結構的立體圖，圖1的(b) 是示出其晶胞中的各個位點的俯視示意圖，圖1的（C)是示出其晶胞中的分層結構的側視示 意圖。如圖1所示，SbsTes是一種屬于立方晶系的層狀材料，空間群為在圖1中的 xy平面上每層的Sb和Te原子均具有六角密排的結構，沿垂直于xy平面的Z軸方向層狀分布， 每五個原子層組成 1 個"五原子層"（QuinUiple layer,QL), (CryVi-y)z(BixSbi-x)2-zTe3中該 五個原子層分別是依次排列的第一 Te原子層(Tel)、滲V、Cr和Bi的第一 Sb原子層(Sbl)、第 二Te原子層(Te2)、滲V、Cr和Bi的第二Sb原子層(Sbr )、W及第STe原子層(Tel'）。在單個 化內，SKW及滲雜的V、Cr和Bi)原子和Te原子W共價離子型化學鍵結合;在相鄰的化之間， Tel原子層與TeT原子層之間是范德瓦耳斯力相互作用，從而形成易于解理的界面。在 (CryVi-y)z(BixSbi-x)2-zTe3中，X和Z的取值可W使V、化在該雙磁性滲雜拓撲絕緣體量子阱材 料中引入的空穴型載流子濃度與Bi在該雙磁性滲雜拓撲絕緣體量子阱材料中引入的電子 型載流子濃度基本相互抵消。在一實施例中，X和Z的取值可W使該雙磁性滲雜拓撲絕緣體 量子阱材料的載流子濃度降到1 X IOi3Cnf2W下。在(CryVi-y)z(Bix訊i-x)2-zTe3中，y的取值可 W使測量得到的磁電阻曲線中化/BaseLine的比值大于1，其中化指的是鐵磁性導體或半導 體中矯頑場的大小，可W通過測量磁性導體或者磁性半導體的M-H曲線或霍爾效應的磁滯 回線獲得。BaseLine是指磁電阻單次隨磁場變化時在矯頑場左右的最小相同值組成的一條 線段的磁場范圍。在本發明一優選實施例中，（化yVl-y)z(BixSbl-x)2-zTe3中的X、y和Z的取值 可 W 滿足如下條件:0.40<X<0.48,0.14勺<0.17,0.18知<0.19。
[0046] 本發明的具有量子化反常霍爾效應的材料可W形成在絕緣基板上，并且可W形成 為具有3至7QL厚度(約為3到7納米)的量子阱薄膜。該絕緣基板的材料不限，只要能夠在該 絕緣基板的表面上通過諸如分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)等之類的工藝生長該雙 磁性滲雜拓撲絕緣體量子阱薄膜即可。在一優選的實施例當中，該絕緣基板的材料可W使 用在溫度小于或等于IOK(開爾文)時具有大于5000的相對介電常數的鐵酸鎖，其化學式為 Sdi〇3。在實現量子反常霍爾效應時，可W對該雙磁性滲雜拓撲絕緣體量子阱薄膜進行場 效應的調控，W進一步精確調控其化學勢。一般可W使用頂柵或者底柵來對薄膜的化學勢 進行調控。使用頂柵時，可W使用微加工手段在該薄膜上依次制作介電層和電極，可W通過 向該電極施加預定電壓W實現場效應調控。但是，在使用微加工手段制作頂柵的過程當中， 會對樣品造成損傷，使得樣品質量下降，無法實現量子化反常霍爾效應。通過使用在低溫下 具有較大介電常數的絕緣基板，可W使該絕緣基板在厚度較大(大于100微米，小于1000微 米)時仍然具有較大的電容，從而可W當作底柵直接使用，實現低溫下的靜電場化學勢調 控，避免了頂柵制作過程當中對樣品的影響。在一個優選的實施例當中，可W使用SrTi化 (111)基板，其厚度可W在0.1毫米到1毫米的范圍。
[0047] 當然，可用于形成絕緣基板的材料不限于鐵酸鎖，例如還可W是=氧化二侶、憐化 銅、神化嫁等，可W通過分子束外延等方法在運些材料形成的基板上生長上述雙磁性滲雜 拓撲絕緣體量子阱薄膜。由于除了鐵酸鎖之外的其他基板材料的介電常數相對較小，因此 它們不能作為底柵使用。當需要利用靜電場進行化學勢調控時，可W使用氧化侶、氧化錯、 氮化棚等制作成頂柵結構W進行調控，或者可W使用離子液體對薄膜的化學勢進行靜電場 調控。
[0048] 圖2示出用于形成具有量子化反常霍爾效應的材料的流程圖。下面將參照圖2來描 述形成具有量子化反常霍爾效應的材料的實施例。在下面的描述中，主要結合分子束外延 (MBE)方法描述了許多細節。分子束外延是一種在二十世紀六十年代末由貝爾實驗室的 J.R.Arthur和華人科學家卓W和發明的單晶材料生長方法，具體指的是在約IX IO^iVbar 的超高真空環境下WO. 1~Inm/s的沉積速率蒸發鍛膜的方法，現在廣泛用于半導體工業。 所謂外延，指的是薄膜的晶體結構和襯底晶體結構保持嚴格的延伸關系。分子束外延的反 應腔室可W與變溫掃描隧道顯微鏡(VTSTM)及角分辨光電子能譜(AR陽S)組成聯合系統，對 得到的磁性滲雜拓撲絕緣體量子阱薄膜進行原位的VTSTM及ARPES測量。通常情況下，分子 束外延的腔室真空度需要小于或等于5 X l(rWmbar(5 X 1(T中a)。在本發明的一些實施例中， 所使用的分子束外延腔室