拓扑绝缘体Bi2Se3与InAs Rashba态中电流诱导自旋极化的直接比较
介观与纳米尺度物理
2016-12-21 v1 材料科学
摘要
三维拓扑绝缘体（TI）展现出受时间反演对称性保护的、线性色散的狄拉克表面态。TI表面的能带弯曲也可能导致共存的、具有抛物线能量色散的平庸二维电子气（2DEG）态，这些态因Rashba自旋轨道耦合（SOC）而以自旋分裂对的形式存在。偏置电流预期会在两种系统中产生自旋极化，这源于它们的螺旋自旋-动量锁定。然而，它们诱导的自旋极化在大小和符号上预期会有所不同。在此，我们比较了在狄拉克表面态与平庸2DEG态共存的Bi2Se3(111)薄膜中，以及仅存在平庸2DEG态的InAs(001)样品中，对偏置电流产生的自旋极化进行的自旋电位测量。我们观察到两种情况下均由自旋-动量锁定产生的自旋极化，但自旋电压的符号相反。我们提出了一个基于自旋依赖电化学势的模型，以直接推导出TI表面态预期的符号，并明确表明，在TI中测得的电流产生自旋极化的主要贡献来自狄拉克表面态。这种对狄拉克和Rashba 2DEG态螺旋自旋纹理的直接电学访问，是朝着下一代TI和SOC基量子器件中自旋电学操控迈出的关键一步。
引用
@article{arxiv.1605.07155,
title = {Direct comparison of current-induced spin polarization in topological insulator Bi2Se3 and InAs Rashba states},
author = {Connie H. Li and Olaf M. J. van t Erve and Shivani Rajput and Lian Li and Berry T. Jonker},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.07155},
year = {2016}
}