SmB₆单晶纳米结构的可控制备及场发射特性研究

张彤，黎子娟，郭泽堃，田颜，林浩坚，许宁生，陈军，邓少芝，刘飞

中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室广东省显示材料与技术重点实验室

摘 要：作为一种典型的近藤拓扑绝缘体,近年来六硼化钐（SmB₆）材料受到了凝聚态物理和材料科学领域研究者的广泛关注。与块体材料相比,SmB₆纳米材料由于具有更大的比表面积而拥有更为丰富的表面电子态,因此被认为是一个研究表面量子效应和物理机制的理想平台。由于场发射电流主要来源于纳米材料的表面态,所以研究SmB₆纳米材料的场发射特性可以为研究其表面量子特性提供有益的参考。本研究利用化学气相沉积法,通过控制实验条件在硅衬底上分别实现了SmB₆纳米带和纳米线薄膜的生长。研究结果表明:所制备的SmB₆纳米线和纳米带分别为沿着[100]和[110]方向生长的立方单晶结构。场发射特性的测试结果发现:SmB₆纳米带薄膜的开启电场为3.24 V/μm,最大电流密度达到了466.16μA/cm²,其场发射性能要优于纳米线薄膜。同时考虑到SmB₆拥有很低的电子亲和势、高电导率和丰富的表面电子态,所以若可以进一步提高其场发射特性,那么很可能在冷阴极电子源领域有潜在应用。

关键词：六硼化钐;近藤拓扑绝缘体;纳米线;纳米带;场致电子发射;