Skip to main content
Log in

Molecular beam epitaxy of superconducting PdTe2 films on topological insulator Bi2Te3

  • Article
  • Published:
Science China Physics, Mechanics & Astronomy Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Majorana fermions have been observed in topological insulator/s-wave superconductor heterostructures. To manipulate Majorana fermions, superconducting materials should be deposited on the surfaces of topological insulators. In this study, highquality superconducting PdTe2 films are deposited on the topological insulator Bi2Te3 surface using molecular beam epitaxy. The surface topography and electronic properties of PdTe2/Bi2Te3 heterostructures are investigated via in situ scanning tunneling microscopy/spectroscopy. Under Te-rich conditions, the Pd atoms presumably form PdTe2 film on Bi2Te3 surface rather than diffuse into Bi2Te3. The superconductivity of the PdTe2/Bi2Te3 heterostructure is detected at a transition temperature of ~1.4 K using the two-coil mutual inductance technique. This study proposes a method for fabricating superconducting materials on topological insulator surfaces at low doping levels, paving ways for designing nanodevices that can manipulate Majorana fermions.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. A. Y. Kitaev, Ann. Phys. 3.3. 2(2003).

    Google Scholar 

  2. C. Nayak, S. H. Simon, A. Stern, M. Freedman, and S. Das Sarma, Rev. Mod. Phys. 80, 1083 (2008), arXiv: 0707.1889.

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. J. Alicea, Rep. Prog. Phys. 75, 076501 (2012), arXiv: 1202.1293.

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. C. W. J. Beenakker, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 4, 113 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. L. Fu, and C. L. Kane, Phys. Rev. Lett. 1.0. 096407(2008), arXiv: 0707.1692.

    Google Scholar 

  6. M. X. Wang, C. H. Liu, J. P. Xu, F. Yang, L. Miao, M. Y. Yao, C. L. Gao, C. Y. Shen, X. C. Ma, X. Chen, Z. A. Xu, Y. Liu, S. C. Zhang, D. Qian, J. F. Jia, and Q. K. Xue, Science 3.6. 52(2012), arXiv: 1112.1772.

    Google Scholar 

  7. J. P. Xu, C. H. Liu, M. X. Wang, J. F. Ge, Z. L. Liu, X. J. Yang, Y. Chen, Y. Liu, Z. A. Xu, C. L. Gao, D. Qian, F. C. Zhang, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 1.2. 217001(2014), arXiv: 1312.3713.

    Google Scholar 

  8. J. P. Xu, M. X. Wang, Z. L. Liu, J. F. Ge, X. J. Yang, C. H. Liu, Z. A. Xu, D. D. Guan, C. L. Gao, D. Qian, Y. Liu, Q. H. Wang, F. C. Zhang, Q. K. Xue, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 1.4. 017001(2015), arXiv: 1312.7110.

    Google Scholar 

  9. H. H. Sun, K. W. Zhang, L. H. Hu, C. Li, G. Y. Wang, H. Y. Ma, Z. A. Xu, C. L. Gao, D. D. Guan, Y. Y. Li, C. H. Liu, D. Qian, Y. Zhou, L. Fu, S. C. Li, F. C. Zhang, and J. F. Jia, Phys. Rev. Lett. 1.6. 257003(2016), arXiv: 1603.02549.

    Google Scholar 

  10. I. Belopolski, D. S. Sanchez, Y. Ishida, X. C. Pan, P. Yu, S. Y. Xu, G. Q. Chang, T. R. Chang, H. Zheng, N. Alidoust, G. Bian, M. Neupane, S. M. Huang, C. C. Lee, Y. Song, H. J. Bu, G. H. Wang, S. S. Li, G. Eda, H. T. Jeng, T. Kondo, H. Lin, Z. Liu, F. Q. Song, S. Shin, and M. Z. Hasan, Nat. Commun. 7, 13643 (2016), arXiv: 1612.05990.

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. I. Belopolski, S. Y. Xu, Y. Ishida, X. C. Pan, P. Yu, D. S. Sanchez, H. Zheng, M. Neupane, N. Alidoust, G. Q. Chang, T. R. Chang, Y. Wu, G. Bian, S. M. Huang, C. C. Lee, D. X. Mou, L. N. Huang, Y. Song, B. G. Wang, G. H. Wang, Y. W. Yeh, N. Yao, J. E. Rault, P. Le Fèvre, F. Bertran, H. T. Jeng, T. Kondo, A. Kaminski, H. Lin, Z. Liu, F. Q. Song, S. Shin, and M. Z. Hasan, Phys. Rev. B 94, 085127 (2016), arXiv: 1604.07079.

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. H. Zheng, S. Y. Xu, G. Bian, C. Guo, G. Q. Chang, D. S. Sanchez, I. Belopolski, C. C. Lee, S. M. Huang, X. Zhang, R. Sankar, N. Alidoust, T. R. Chang, F. Wu, T. Neupert, F. C. Chou, H. T. Jeng, N. Yao, A. Bansil, S. Jia, H. Lin, and M. Z. Hasan, ACS Nano 10, 1378 (2016).

    Article  Google Scholar 

  13. Z. Zhu, T. R. Chang, C. Y. Huang, H. Y. Pan, X. A. Nie, X. Z. Wang, Z. T. Jin, S. Y. Xu, S. M. Huang, D. D. Guan, S. Y. Wang, Y. Y. Li, C. H. Liu, D. Qian, W. Ku, F. Q. Song, H. Lin, H. Zheng, and J. F. Jia, Nat. Commun. 9, 4153 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. B. W. Roberts, J. Phys. Chem. Ref. Data 5, 581 (1976).

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. F. C. Fei, X. Y. Bo, R. Wang, B. Wu, J. Jiang, D. Z. Fu, M. Gao, H. Zheng, Y. L. Chen, X. F. Wang, H. J. Bu, F. Q. Song, X. G. Wan, B. G. Wang, and G. H. Wang, Phys. Rev. B 96, 041201 (2017), arXiv: 1611.08112.

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. H. Leng, C. Paulsen, Y. K. Huang, and A. de Visser, Phys. Rev. B 96, 220506 (2017), arXiv: 1710.03862.

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. Y. Liu, J. Z. Zhao, L. Yu, C. T. Lin, A. J. Liang, C. Hu, Y. Ding, Y. Xu, S. L. He, L. Zhao, G. D. Liu, X. L. Dong, J. Zhang, C. T. Chen, Z. Y. Xu, H. M. Weng, X. Dai, Z. Fang, and X. J. Zhou, Chin. Phys. Lett. 32, 067303 (2015), arXiv: 1505.06642.

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. Y. Liu, J. Z. Zhao, L. Yu, C. T. Lin, C. Hu, D. F. Liu, Y. Y. Peng, Z. J. Xie, J. F. He, C. Y. Chen, Y. Feng, H. M. Yi, X. Liu, L. Zhao, S. L. He, G. D. Liu, X. L. Dong, J. Zhang, C. T. Chen, Z. Y. Xu, H. M. Weng, X. Dai, Z. Fang, and X. J. Zhou, Chin. Phys. B 24, 067401 (2015), arXiv: 1505.06641.

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. H. J. Noh, J. Jeong, E. J. Cho, K. Kim, B. I. Min, and B. G. Park, Phys. Rev. Lett. 1.9. 016401(2017), arXiv: 1612.06946.

    Google Scholar 

  20. O. J. Clark, M. J. Neat, K. Okawa, L. Bawden, I. Marković, F. Mazzola, J. Feng, V. Sunko, J. M. Riley, W. Meevasana, J. Fujii, I. Vobornik, T. K. Kim, M. Hoesch, T. Sasagawa, P. Wahl, M. S. Bahramy, and P. D. C. King, Phys. Rev. Lett. 1.0. 156401(2018), arXiv: 1712.04184.

    Google Scholar 

  21. H. Q. Huang, S. Y. Zhou, and W. H. Duan, Phys. Rev. B 94, 121117 (2016), arXiv: 1607.07965.

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. M. A. Pell, Y. V. Mironov, and J. A. Ibers, Acta Crystallogr. Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 52, 1331 (1996).

    Article  Google Scholar 

  23. S. Nakajima, J. Phys. Chem. Solids 24, 479 (1963).

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. C. Liu, C. S. Lian, M. H. Liao, Y. Wang, Y. Zhong, C. Ding, W. Li, C. L. Song, K. He, X. C. Ma, W. H. Duan, D. Zhang, Y. Xu, L. L. Wang, and Q. K. Xue, Phys. Rev. Mater. 2, 094001 (2018).

    Article  Google Scholar 

  25. M. C. Duan, Z. L. Liu, J. F. Ge, Z. J. Tang, G. Y. Wang, Z. X. Wang, D. D. Guan, Y. Y. Li, D. Qian, C. H. Liu, and J. F. Jia, Rev. Sci. Instrum. 88, 073902 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. Y. Y. Li, G. Wang, X. G. Zhu, M. H. Liu, C. Ye, X. Chen, Y. Y. Wang, K. He, L. L. Wang, X. C. Ma, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, X. C. Xie, Y. Liu, X. L. Qi, J. F. Jia, S. C. Zhang, and Q. K. Xue, Adv. Mater. 22, 4002 (2010), arXiv: 0912.5054.

    Article  Google Scholar 

  27. H. Okamoto, J. Phase Equilib. Diffus. 34, 72 (2013).

    Article  Google Scholar 

  28. Y. Qi, S. H. Rhim, G. F. Sun, M. Weinert, and L. Li, Phys. Rev. Lett. 1.5. 085502(2010), arXiv: 0907.4187.

    Google Scholar 

  29. Y. Y. Li, M. X. Chen, M. Weinert, and L. Li, Nat. Commun. 5, 4311 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. E. Li, R. Z. Zhang, H. Li, C. Liu, G. Li, J. O. Wang, T. Qian, H. Ding, Y. Y. Zhang, S. X. Du, X. Lin, and H. J. Gao, Chin. Phys. B 27, 086804 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. Y. Liu, M. Weinert, and L. Li, Phys. Rev. Lett. 1.8. 115501(2012).

    Google Scholar 

  32. Y. Liu, Y. Y. Li, D. Gilks, V. K. Lazarov, M. Weinert, and L. Li, Phys. Rev. Lett. 1.0. 186804(2013).

    Google Scholar 

  33. Y. Liu, Y. Y. Li, S. Rajput, D. Gilks, L. Lari, P. L. Galindo, M. Weinert, V. K. Lazarov, and L. Li, Nat. Phys. 10, 294 (2014).

    Article  Google Scholar 

  34. T. Zhang, P. Cheng, X. Chen, J. F. Jia, X. C. Ma, K. He, L. L. Wang, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, X. C. Xie, and Q. K. Xue, Phys. Rev. Lett. 1.3. 266803(2009), arXiv: 0908.4136.

    Google Scholar 

  35. M. Chen, J. P. Peng, H. M. Zhang, L. L. Wang, K. He, X. C. Ma, and Q. K. Xue, Appl. Phys. Lett. 1.1. 081603(2012).

    Google Scholar 

  36. F. M. Qu, F. Yang, J. Shen, Y. Ding, J. Chen, Z. Q. Ji, G. T. Liu, J. Fan, X. N. Jing, C. L. Yang, and L. Lu, Sci. Rep. 2, 339 (2012), arXiv: 1112.1683.

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. M. Veldhorst, M. Snelder, M. Hoek, T. Gang, V. K. Guduru, X. L. Wang, U. Zeitler, W. G. van der Wiel, A. A. Golubov, H. Hilgenkamp, and A. Brinkman, Nat. Mater. 11, 417 (2012), arXiv: 1112.3527.

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. S. Charpentier, L. Galletti, G. Kunakova, R. Arpaia, Y. X. Song, R. Baghdadi, S. M. Wang, A. Kalaboukhov, E. Olsson, F. Tafuri, D. Golubev, J. Linder, T. Bauch, and F. Lombardi, Nat. Commun. 8, 2019 (2017), arXiv: 1805.02092.

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. A. Sirohi, S. Das, P. Neha, K. S. Jat, S. Patnaik, and G. Sheet, Phys. Rev. B 98, 094523 (2018), arXiv: 1806.11143.

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. Y. Xing, K. Zhao, P. Shan, F. P. Zheng, Y. W. Zhang, H. L. Fu, Y. Liu, M. L. Tian, C. Y. Xi, H. W. Liu, J. Feng, X. Lin, S. H. Ji, X. Chen, Q. K. Xue, and J. Wang, Nano Lett. 17, 6802 (2017), arXiv: 1707.05473.

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. G. Y. Wang, Z. Zhu, X. Y. Yang, L. Dong, H. Y. Ma, H. H. Sun, A. M. Li, D. D. Guan, D. Qian, C. H. Liu, Y. Y. Li, and J. F. Jia, APL Mater. 5, 126107 (2017).

    Article  Google Scholar 

  42. J. Buha, R. Gaspari, A. E. Del Rio Castillo, F. Bonaccorso, and L. Manna, Nano Lett. 16, 4217 (2016), arXiv: 1609.04999.

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. K. Schouteden, K. Govaerts, J. Debehets, U. Thupakula, T. S. Chen, Z. Li, A. Netsou, F. Q. Song, D. Lamoen, C. Van Haesendonck, B. Partoens, and K. Park, ACS Nano 10, 8778 (2016).

    Article  Google Scholar 

  44. B. Tiwari, R. Goyal, R. Jha, A. Dixit, and V. P. S. Awana, Supercond. Sci. Technol. 28, 055008 (2015), arXiv: 1411.1181.

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding authors

Correspondence to YaoYi Li or JinFeng Jia.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Xue, H., Yang, H., Wu, Y. et al. Molecular beam epitaxy of superconducting PdTe2 films on topological insulator Bi2Te3. Sci. China Phys. Mech. Astron. 62, 76801 (2019). https://doi.org/10.1007/s11433-018-9342-3

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-018-9342-3

Keywords

Navigation