(Bi$_{1-x}$In$_x$)$_2$Se$_3$ 薄膜中有限尺寸和组分驱动的拓扑相变

在拓扑绝缘体中，如果其自旋轨道耦合强度逐渐降低，该拓扑绝缘体最终会在自旋轨道耦合的临界点之外转变为平凡绝缘体，在该临界点体能隙闭合：这是对拓扑相变的标准描述。然而，这种仅由自旋轨道耦合（或等效因素）驱动、并伴随体能带隙闭合与重新打开的对拓扑相变的描述，仅对无限大尺寸的样品有效，而对于有限尺寸样品中拓扑相变如何发生，人们知之甚少。在此，通过对界面调控的 (Bi$_{1-x}$In$_x$)$_2$Se$_3$ 薄膜进行系统的输运测量以及理论模拟（动画见补充信息），我们表明，由于表面态杂化和体限域效应，对有限尺寸样品中拓扑相变的描述需要从传统的拓扑相变图像进行实质性修正。我们还通过提供样品尺寸和自旋轨道耦合强度二维相空间中的详细相图，展示了有限尺寸拓扑相变由两个独立的转变组成：拓扑-正常转变和金属-绝缘体转变。