拓扑绝缘体中无质量狄拉克费米子的朗道量子化
介观与纳米尺度物理
2013-05-29 v2 强关联电子
摘要
最近对拓扑绝缘体（TI）的理论预测和实验实现引发了人们对这种新量子物质态的浓厚兴趣。三维（3D）TI（如 Bi₂Te₃、Bi₂Se₃ 和 Sb₂Te₃）的表面态由单个无质量狄拉克锥组成。材料中两个具有相反自旋的表面态分支在狄拉克点处的交叉完全受到时间反演（TR）对称性的保护，任何 TR 不变的扰动都无法破坏它。薄膜生长方面的最新进展使得这种独特的二维电子系统（2DES）能够通过扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）进行探测。在 STM 实验中揭示了这种引人入胜的 TR 对称性保护拓扑态，其中非磁性杂质引起的背散射被禁止。在此，我们报告了利用 STM/STS 在磁场中对 Bi₂Se₃ 中拓扑表面态的朗道量子化。对离散朗道能级（LLs）的直接观测有力地支持了拓扑态的二维性质，并直接证明了 TI 中 LLs 的非简并结构。我们通过 LLs 对磁场的平方根依赖性展示了无质量狄拉克费米子的线性色散。LLs 的形成意味着 2DES 的高迁移率，这已被预测会导致 TI 的拓扑磁电效应。
引用
@article{arxiv.1001.3220,
title = {Landau Quantization of Massless Dirac Fermions in Topological Insulator},
author = {Peng Cheng and Canli Song and Tong Zhang and Yanyi Zhang and Yilin Wang and Jin-Feng Jia and Jing Wang and Yayu Wang and Bang-Fen Zhu and Xi Chen and Xucun Ma and Ke He and Lili Wang and Xi Dai and Zhong Fang and X. C. Xie and Xiao-Liang Qi and Chao-Xing Liu and Shou-Cheng Zhang and Qi-Kun Xue},
journal= {arXiv preprint arXiv:1001.3220},
year = {2013}
}
备注
15 pages, 4 figures