Enhanced Mobility of Spin-Helical Dirac Fermions in Disordered 3D Topological Insulators

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Joseph Dufouleur - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Louis Veyrat - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Institut Néel (Autor:in)
  • Bastien Dassonneville - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Christian Nowka - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Silke Hampel - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Pavel Leksin - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Barbara Eichler - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Oliver G. Schmidt - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Bernd Büchner - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Romain Giraud - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Université Grenoble Alpes (Autor:in)

Abstract

The transport length ltr and the mean free path le are determined for bulk and surface states in a Bi2Se3 nanoribbon by quantum transport and transconductance measurements. We show that the anisotropic scattering of spin-helical Dirac fermions results in a strong enhancement of ltr (≈ 200 nm) and of the related mobility μtr (≈ 4000 cm2 V-1 s-1), which confirms theoretical predictions.1 Despite strong disorder, the long-range nature of the scattering potential gives a large ratio ltr/le ≈ 8, likely limited by bulk/surface coupling. This suggests that the spin-flip length lsf ≈ ltr could reach the micron size in materials with a reduced bulk doping and paves the way for building functionalized spintronic and ballistic electronic devices out of disordered 3D topological insulators.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)6733-6737
Seitenumfang5
FachzeitschriftNano letters
Jahrgang16
Ausgabenummer11
PublikationsstatusVeröffentlicht - 9 Nov. 2016
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Schlagwörter

  • anisotropic scattering, chemical vapor transport nanostructures, gate effect, quantum transport, Topological insulators