拓扑绝缘体薄膜中的无序效应

拓扑绝缘体（TI）薄膜因狄拉克点间表面杂化预期的拓扑效应而备受关注。然而，这些效应可能被大量库仑杂质随机势引起的表面狄拉克点 unexpectedly large 能量展宽 $\Gamma$ 所削弱。我们表明，在典型的夹于两层低介电常数层之间、介电常数 $\sim 50$ 的TI薄膜中，电荷杂质的Rytova-Chaplik-Entin-Keldysh库仑势修正使得更多薄膜杂质可贡献于 $\Gamma$。结果，对于 $d > 5$ nm，$\Gamma$ 较大且与TI薄膜厚度 $d$ 无关。在更薄的薄膜中，由于杂化能隙屏蔽的减弱，$\Gamma$ 随 $d$ 减小而增大。我们研究了远离中性点和在中性点的表面电导率。在后者情况下，我们找到了杂化能隙仍能使TI薄膜绝缘并允许观测量子自旋霍尔效应的最大TI薄膜厚度，$d_{\max} \sim 7$ nm。