量子自旋霍尔相中的拓扑狄拉克绝缘体（三维拓扑绝缘体的实验实现）
介观与纳米尺度物理
2009-10-14 v1 无序系统与神经网络
摘要
当电子受到强外加磁场作用时，传统的电荷量子霍尔效应 \cite{Klitzing,Tsui} 规定，在样品体相中会产生电子激发能隙，但在边界处允许金属性导电。近期的理论模型表明，某些具有强自旋-轨道相互作用的体相绝缘体也可能在极端量子极限下自然地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开辟了可能性。体相 Bi{1-x}Sbx 单晶被预测为一种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的自旋纹理表面态，这些表面态是表征量子自旋霍尔绝缘体的边缘态的高维类似物。在这里，利用入射光子能量调制的角分辨光电子能谱，我们报告了在 Bi0.9Sb0.1 体相中直接观测到大质量狄拉克粒子，定位了样品边界处的 Kramers 点，并提供了拓扑狄拉克绝缘体无能隙表面模式的全面映射。这些发现共同表明，在体相绝缘体边界观测到的表面态是备受追捧的奇异“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设备方面具有潜在应用，这些设备可能包含“类光”体相载流子和受拓扑保护的自旋纹理边缘-表面电流。本工作是 [Hsieh et.al., NATURE 452, 970 (2008), {Submitted in November 2007}] 的详细版本。
引用
@article{arxiv.0910.2420,
title = {A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase (experimental realization of a 3D 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:0910.2420},
year = {2009}
}
备注
12 pages, 7 figures, This is a detailed version of the work presented at NATURE 452, 970 (2008), {Submitted in November 2007}