1. 材料生长:
- 使用分子束外延(MBE)技术在氢气钝化处理的硅(Si)基底上生长了9纳米厚的V掺杂拓扑绝缘体(TI)V0.1(Bi0.2Sb0.8)1.9Te3层。
- 该层被10纳米厚的绝缘性碲(Te)层覆盖。
- 层的厚度和组成通过X射线反射率和X射线衍射以及能量色散X射线光谱学测量确定。
2. 器件制备:
- 使用标准光刻技术制造霍尔条器件,器件宽度为200微米,长度为730微米。
- 通过局部移除Te帽层,并在高真空条件下通过电子束蒸发沉积金锗/钛/金的金属层来形成欧姆接触。
- 设备配备了由20纳米的氧化铝(AlOx)和2纳米的氧化铪(HfOx)组成的顶栅,以及100纳米的钛/金层,分别通过原子层沉积和电子束蒸发沉积。
3. 数据收集:
- 在零外部磁场下(除了用于建立磁化方向的磁场扫描表征测量),通过终端1和8施加电流(I),并测量从2到7的各种终端对之间的电压。
- 所有数据都是在稀释制冷机的基底温度(约34毫开尔文)下收集的。
4. 测量设备和方法:
- 使用标准的锁定技术收集数据,霍尔电阻Rxy在外部磁场扫描时测量,使用5纳安(均方根)的交流电流激励,频率为13.7赫兹,栅极电压UGate为5.8伏。
- 使用14位的低温电流比较器(CCC)进行精密测量,与早期QAHE测量中使用的12位CCC相比,其线圈的匝数增加了约四倍。
- 使用超导量子干涉装置(SQUID)耦合到CCC线圈,检测由I1和I2电流在N1和N2匝数的线圈中产生的净通量。
- 通过反馈回路控制I2,使得两个电阻的比值近似等于电流I1到I2的反比,也就是N1到N2的反比。
- 通过辅助绕组NA输入一个确定的电流rI1,以改善桥的平衡,使桥电压差U接近零。
5. 测量精度和稳定性:
- 使用Allan偏差来评估测量的CCC信号随时间的稳定性,Allan偏差图显示了在160纳安电流下5小时测量的桥读数ΔU(桥电压U的一系列测量中电流方向交替时的平均差异)。
- 通过测量每个接触对的192个测量周期(64分钟)来生成数据,电流范围从40到320纳安。
6. 数据分析:
- 分析了测量的电阻信号与RK的相对偏差ΔR/RK作为施加电流的函数。
- 通过对角线和正交接触对的信号表示霍尔和纵向电压的总和,因此通过计算测量的对角线和正交信号之间的差异来确定纵向电压。
- 计算了高电位边缘和低电位边缘的纵向电阻率ρxx,并绘制了作为测量电流I的函数的ρxx数据。
7. 不确定性分析:
- 提供了一个完整的不确定性预算,并在补充信息部分详细讨论。