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Semiconductor-compatible topological digital alloys
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DOI：10.1016/j.mattod.2025.03.017.png)
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摘要
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近年来，GeSn合金因其在直接带隙红外光子学以及作为与半导体工业兼容的潜在拓扑材料方面的应用而备受关注。然而，对于光子学应用，所需的高Sn含量会导致探测率降低，这与材料质量差有关，而实现拓扑特性所需的（>35%）Sn含量在实验上尚未达到。在此，我们证明通过在Ge中调控Sn的分布，其电子性质的可调性远超随机合金。对于沿Ge的[111]方向将Sn原子限制在原子层（或原子层内）形成的GeSn δ-数字合金（DA），我们表明约10%的Sn含量可导致三重点半金属的形成。这些发现可以通过Sn有序化导致Sn和Ge能带边缘的空间分离，进而引发能带反转来解释。该机制还可导致弱拓扑绝缘体、外尔半金属，并实现可调的直接带隙（低至2 meV），覆盖整个红外波段。这种DA诱导的拓扑特性也在诸如InAs1-xSbx等化合物半导体中得到了识别，表明DA设计在实现常规半导体平台上的拓扑特性方面具有普遍适用性。我们的研究不仅揭示了一类可通过外延生长获得的、目前尚未探索的新型拓扑体系，同时也确立了低Sn含量GeSn DA在Si光子集成电路的红外激光二极管和光电探测器，以及红外图像传感器中的应用前景。
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8
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