利用光子束对拓扑能带结构进行微米级电子图案化

在理想的三维拓扑绝缘体 (TI) 中，由于存在局域于表面的金属态（即拓扑表面态），其体相是绝缘的而表面是导电的。具有精细调控体相化学计量比的四元 Bi 基化合物 Bi$_{2-x}$Sb$_{x}$Te$_{3-y}$Se$_{y}$，因其体相绝缘特性，是实现理想三维 TI 行为的良好候选材料。然而，尽管输运实验显示其体相绝缘，但在超高真空中解理的 Bi$_{2-x}$Sb$_{x}$Te$_{3-y}$Se$_{y}$ 晶体表面区域仍表现出源自体相导带的占据态。这是由于吸附物诱导的能带向下弯曲所致，这一现象在其他 Bi 基三维 TI 中已知。在此，我们利用角分辨光电子能谱展示，如何利用中等通量的极紫外 (EUV) 光束将这些拓扑平庸态从 Bi$_{1.46}$Sb$_{0.54}$Te$_{1.7}$Se$_{1.3}$ 单晶的费米能级处排除，从而重建该系统低能电子态的纯拓扑特性。我们进一步证明，在这种体相绝缘的 TI 中，该过程具有高度的局域性，因此能够在表面的空间能量景观中印刻结构。我们通过在系统的狄拉克点能量处“书写”微米级字母对此进行了演示。