Two-dimensional (2D) growth of ultra-thin Sn films is a prerequisite for examining exotic quantum phenomena as one of their crystallized forms is a promising candidate for topological materials. In this study, we have investigated the ultra-thin film growth of Sn at room temperature with a Fe buffer layer on an insulating Al2O3 substrate using molecular-beam epitaxy. By the insertion of a 2- or 4-nm-thick Fe layer, the growth mode of Sn thin films varies from a three-dimensional (3D) island-based mode on Al2O3 to a 2D layer-based mode on Fe. However, the 3D growth mode reappeared when the thickness of Sn (dSn) reached the critical value dcSn of about 1.0 nm, corresponding to three atomic layers. A systematic increase in the sheet conductance with increasing dSn on the Fe buffer layer revealed that the sheet conductance of the Sn film can be characterized for a thickness less than dcSn. The saturation of the sheet conductance above dcSn indicates a disconnection of the Sn film grown by the island-based growth mode. In addition, the reduction in anomalous Hall resistance in the Sn/Fe bilayer with increasing dSn is attributed to the shunting and short-circuit effects of the conductive ultra-thin 2D Sn layer. By considering the strong coupling between Sn and Fe providing large anomalous Hall effects in the bilayer, further optimization of the 2D growth of ultra-thin Sn on Fe will pave the way to investigate exotic interfacial physical phenomena through electrical transport measurement.

中文翻译：

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具有 Fe 缓冲层的绝缘衬底上导电超薄 Sn 薄膜的二维生长

超薄 Sn 薄膜的二维 (2D) 生长是检查奇异量子现象的先决条件，因为它们的结晶形式之一是拓扑材料的有希望的候选者。在这项研究中，我们使用分子束外延在绝缘的 Al2O3 衬底上研究了 Sn 在室温下与 Fe 缓冲层的超薄膜生长。通过插入 2 或 4 nm 厚的 Fe 层，Sn 薄膜的生长模式从 Al2O3 上的三维（3D）岛基模式到 Fe 上的 2D 层基模式。然而，当 Sn (dSn) 的厚度达到约 1.0 nm 的临界值 dcSn 时，3D 生长模式再次出现，对应于三个原子层。随着 Fe 缓冲层上 dSn 的增加，片电导的系统性增加表明，Sn 膜的片电导可以表征为小于 dcSn 的厚度。dcSn 以上的片电导饱和表明通过岛基生长模式生长的 Sn 膜断开。此外，随着 dSn 的增加，Sn/Fe 双层中异常霍尔电阻的降低归因于导电超薄 2D Sn 层的分流和短路效应。通过考虑 Sn 和 Fe 之间的强耦合在双层中提供大的异常霍尔效应，进一步优化 Fe 上超薄 Sn 的二维生长将为通过电传输测量研究奇异的界面物理现象铺平道路。dcSn 以上的片电导饱和表明通过岛基生长模式生长的 Sn 膜断开。此外，随着 dSn 的增加，Sn/Fe 双层中异常霍尔电阻的降低归因于导电超薄 2D Sn 层的分流和短路效应。通过考虑 Sn 和 Fe 之间的强耦合在双层中提供大的异常霍尔效应，进一步优化 Fe 上超薄 Sn 的二维生长将为通过电传输测量研究奇异的界面物理现象铺平道路。dcSn 以上的片电导饱和表明通过岛基生长模式生长的 Sn 膜断开。此外，随着 dSn 的增加，Sn/Fe 双层中异常霍尔电阻的降低归因于导电超薄 2D Sn 层的分流和短路效应。通过考虑 Sn 和 Fe 之间的强耦合在双层中提供大的异常霍尔效应，进一步优化 Fe 上超薄 Sn 的二维生长将为通过电传输测量研究奇异的界面物理现象铺平道路。随着 dSn 的增加，Sn/Fe 双层中异常霍尔电阻的降低归因于导电超薄 2D Sn 层的分流和短路效应。通过考虑 Sn 和 Fe 之间的强耦合在双层中提供大的异常霍尔效应，进一步优化 Fe 上超薄 Sn 的二维生长将为通过电传输测量研究奇异的界面物理现象铺平道路。随着 dSn 的增加，Sn/Fe 双层中异常霍尔电阻的降低归因于导电超薄 2D Sn 层的分流和短路效应。通过考虑 Sn 和 Fe 之间的强耦合在双层中提供大的异常霍尔效应，进一步优化 Fe 上超薄 Sn 的二维生长将为通过电传输测量研究奇异的界面物理现象铺平道路。