MnBi$_4$Te$_7$ 两种终止面上不同的拓扑表面态
材料科学
2020-07-20 v1
摘要
近期发现的内禀磁性拓扑绝缘体 MnBi2Te4 在承载量子反常霍尔效应与轴子绝缘体态等涌现现象方面取得了非凡成功。然而，由类超晶格 MnBi2Te4/(Bi2Te3)n（n = 0, 1, 2, 3 …）层状结构构成的 Mn-Bi-Te 族的表面-体对应关系仍引人入胜但难以捉摸。在此，我们利用扫描隧道显微镜（STM）与角分辨光电子能谱（ARPES）技术，明确地将 MnBi4Te7（n = 1）的两种不同表面态分别归属于五层（QL）Bi2Te3 终止面与七层（SL）MnBi2Te4 终止面。实验观测与理论计算的比较揭示了两种终止面上不同的拓扑行为，尤其是磁性层与非磁性层之间的杂化效应：QL 终止面上由于 QL 的拓扑表面态与下方 SL 的能带杂化而产生能隙，而 SL 终止面上则具有破缺时间反演对称的无能隙狄拉克锥能带结构。准粒子干涉图样进一步证实了两种终止面的表面态的拓扑性质，并延续至远高于费米能处。QL 终止面携带具有六方翘曲的自旋螺旋狄拉克态，而在 SL 终止面，来自表面的强倾斜螺旋态位于其相邻层的一对 Rashba 分裂态之间。我们的工作阐明了拓扑表面态构筑基元之间前所未有的杂化效应，并揭示了磁性拓扑绝缘体中依赖于终止面的时间反演对称性破缺，为实现半整数量子霍尔效应及相关量子现象提供了理想平台。
引用
@article{arxiv.2002.00320,
title = {Distinct Topological Surface States on the Two Terminations of MnBi$_4$Te$_7$},
author = {Xuefeng Wu and Jiayu Li and Xiao-Ming Ma and Yu Zhang and Yuntian Liu and Chun-Sheng Zhou and Jifeng Shao and Qiaoming Wang and Yu-Jie Hao and Yue Feng and Eike F. Schwier and Shiv Kumar and Hongyi Sun and Pengfei Liu and Kenya Shimada and Koji Miyamoto and Taichi Okuda and Kedong Wang and Maohai Xie and Chaoyu Chen and Qihang Liu and Chang Liu and Yue Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.00320},
year = {2020}
}
备注
22 Pages, 4 Figures