拓扑绝缘体 Bi2Se3 狄拉克点处的面内轨道织构翻转
材料科学
2013-07-24 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
拓扑绝缘体是一种新颖的宏观量子力学物态，有望实现物理学中一些最奇异的粒子，并应用于自旋电子学和量子计算。在所有已知的拓扑绝缘体中，强自旋 - 轨道耦合对于产生受保护的无质量表面态至关重要。因此，对狄拉克态的完整描述应包含波函数的自旋部分和轨道（空间）部分。对于具有单个狄拉克锥的材料族，理论与实验在定性上一致，表明拓扑态具有手性自旋织构，且该织构的手性在狄拉克点 (DP) 两侧发生翻转，但在自旋极化程度的定量描述上存在分歧。现有的有限理论观点预测 DP 两侧存在手性局域轨道角动量。然而，迄今为止既没有直接测量也没有计算能够确定空间波函数的全局对称性。在此，我们展示了来自角分辨光电子能谱实验和第一性原理计算的首批结果，两者均显示，与当前预测相反，Bi2Se3 表面态的面内轨道波函数相对于 DP 是不对称的：在 DP 上方，它们切向于 k 空间等能面；而在 DP 下方，它们径向于等能面。由于轨道织构翻转恰好发生在 DP 处，这一效应应是拓扑物理的内禀属性，构成了描述拓扑狄拉克态中 essential yet missing 的关键方面。我们的结果还表明，自旋织构可能比此前报道的更为复杂，这有助于调和早期相互矛盾的自旋分辨测量结果。
引用
@article{arxiv.1209.1016,
title = {In-Plane Orbital Texture Switch at the Dirac Point in the Topological Insulator Bi2Se3},
author = {Yue Cao and J. A. Waugh and X. -W. Zhang and J. -W. Luo and Q. Wang and T. J. Reber and S. K. Mo and Z. Xu and A. Yang and J. Schneeloch and G. Gu and M. Brahlek and N. Bansal and S. Oh and A. Zunger and Daniel S. Dessau},
journal= {arXiv preprint arXiv:1209.1016},
year = {2013}
}