imaging 拓扑绝缘体中 Dirac 电子量子阱态的成像

我们提出了一种受控的机械剥离技术，用于大块 3D 拓扑绝缘体，产生原子级洁净的超薄片层，使 Dirac 电子的量子阱态（QWS）能够被清晰解析。可靠制备适用于原子尺度光谱的无瑕、高品质二维层面始终是揭示其新兴量子态并实现器件相关功能的核心实验挑战。原子分辨扫描探针显微镜和微拉曼光谱揭示了拉曼强度与薄膜厚度之间的强相关性，实现了快速识别具有所需厚度的（Bi\textsubscript{0.1}Sb\textsubscript{0.9}) \textsubscript{2}Te\textsubscript{3} 片层。具有原子级平整坡道的剥离片层上进行的高分辨扫描隧道光谱揭示了 QWS，这种效应是由 Dirac 电子的量子约束引起的。由于 Klein 隧穿导致的电子对静电约束的抵抗，这一效应较少见。标准相位累积模型准确地捕捉了 QWS 的特征，并提取了电子能带色散，与密度泛函理论计算结果高度一致。能带计算表明，随着量子层厚度的增加，层间耦合增强了电子色散，逐渐降低了亚带分裂，导致类密度连续带。围绕表面缺陷的空间分辨光谱进一步确认了 Dirac 电子在拓扑绝缘体中的 QWS 对缺陷散射具有鲁棒性。这一工作为通过量子约束、表面态工程和可调拓扑相位，探索多样性量子现象和器件应用指明了道路。