量子自旋霍尔相中的拓扑狄拉克绝缘体: 首个强拓扑绝缘体的实验观测
介观与纳米尺度物理
2009-10-08 v1 无序系统与神经网络
超导电性
摘要
当电子受到强外磁场作用时,传统的电荷量子霍尔效应 \cite{Klitzing,Tsui} 表明,样品体相中会产生电子激发能隙,但边界处允许金属性传导。近期的理论模型指出,某些具有强自旋-轨道相互作用的体绝缘体在极端量子极限下也可能自然支持导电的拓扑边界态,这为在零外磁场下研究不寻常的类量子霍尔现象提供了可能性。BiSb 体单晶被预期是这种被称为拓扑绝缘体的不寻常霍尔相物质的主要候选者。拓扑绝缘体的标志是存在金属性表面态,这些表面态是自旋霍尔绝缘体特征边缘态的高维类比。除了其有趣的边界态外,BiSb 的体相还被预测具有三维狄拉克粒子,这也是当前备受关注的另一个课题。在此,我们利用入射光子能量调制的角分辨光电子能谱(IPEM-ARPES),首次直接观测到 BiSb 体相中的有质量狄拉克粒子,定位了样品边界处的 Kramers 点,并全面描绘了拓扑狄拉克绝缘体的无能隙表面模。这些发现共同表明,在体绝缘体边界上观测到的表面态是备受期待的奇异“拓扑金属”的实现。它们还表明,这种材料在开发下一代量子计算器件方面具有潜在应用。
引用
@article{arxiv.0902.1356,
title = {A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase : Experimental observation of first strong topological insulator},
author = {D. Hsieh and D. Qian and L. Wray and Y. Xia and Y. S. Hor and R. J. Cava and M. Z. Hasan},
journal= {arXiv preprint arXiv:0902.1356},
year = {2009}
}
备注
16 pages, 3 Figures. Submitted to NATURE on 25th November(2007)