极端条件下的锗薄膜电输运特性研究

It is very important in condensed matter physics to study the electrical transport mechanisms of localized electrons in strong disorder systems at the extreme conditions. The purpose of this program is to study the electrical transport mechanisms of semiconductor germanium thin films at the ultra-low-temperature, ultra-high magnetic fields, etc. Therefore, the transport measurement platform at the mega-Gauss pulse high magnetic field should be established at the first. Then, we study the electrical transport behaviors of the few atomic layer germanium thin films at the extreme condition experimental platform. By analysing the experimental results, the electron transport mechanisms should be revealed, and a reasonable transport model of localized electrons in a strong disorder system is established at the meantime. Especially, the Dirac transport behaviors of germanene are also addressed. The research results of this program should help us to understand the electron transport behaviors in strong disorder systems at the extreme conditions.

强局域系统中的电子在极端条件下的导电输运机制是凝聚态输运物理中一个极其重要的研究课题。本项目旨在开展半导体锗薄膜在极低温、强磁场等极端条件下的电输运特性研究。为此，将建立兆高斯量级脉冲强磁场下的电学输运测量条件，在此基础上研究少原子层厚度的锗薄膜在极低温、极端强磁场下的电输运行为，揭示锗薄膜中局域化电子在极端条件下的输运机制，并建立合适的物理模型予以解释。特别地，单原子层厚锗烯的极端电输运行为将被重点关注，以验证其理论预言的狄拉克输运特征。上述研究成果对理解极端条件下的局域化电子的输运行为具有重要的基础科学意义。

本项目主要围绕薄膜类材料的电学输运性质展开研究，取得的研究成果包括：.a）半导体多晶锗薄膜的电学输运性质研究。研究了多晶锗薄膜在低温条件下的R-T特性曲线和磁电阻曲线，揭示了低温下变程跳跃（VRH）输运机制转变的现象，并首次观察到VRH输运区的量子干涉现象，以及杂质带的输运证据等。相关成果揭示了多晶锗薄膜中载流子的奇异而有趣的输运行为，是对锗薄膜电学输运性质研究的重要补充，为基于多晶锗薄膜的温度传感器开发提供了重要的基础数据。.b）拓扑半金属PtSe2薄片的电学输运性质研究。实验观察到了PtSe2薄片的纵向负磁阻效应、平面霍尔效应、反常各向异性磁电阻效应，以及被“反点”阵列抑制的磁电阻效应等现象。.c）其他低维材料与结构的电学输运性质研究。主要研究了1T-TiSe2薄片、金泡沫、随机“反点”阵列等材料与结构的电学输运性质，并获得了一系列创新性的研究成果。例如，在金泡沫中观察到了线性磁电阻现象，在电荷密度波材料1T-TiSe2薄片和超薄AuGe合金薄膜中观察到弱局域化现象，在金薄膜中观察到了“反点”阵列诱导的增强弱局域化效应，等。.在本项目的资助下，共发表SCI学术论文16篇，授权发明专利1项。其中，项目负责人李兆国作为第一作者在Physical Review B、Nanotechnology、Journal of Applied Physics等杂志上共发表论文13篇。