块体金属性 Bi2Se3 与块体绝缘性 Bi2Te2Se 拓扑绝缘体薄 flakes 中相反的电流诱导自旋极化
介观与纳米尺度物理
2021-01-20 v1
摘要
三维拓扑绝缘体（TIs）最基础且最奇异的性质之一是其拓扑表面态（TSSs）的自旋-动量锁定（SML），这在未来自旋电子学中具有潜在应用前景。然而，其他可能的导电通道，如具有强 Rashba 型自旋轨道相互作用（SOI）的平庸二维电子气（2DEG）以及可能具有自旋霍尔效应（SHE）的块体导电态，可在三维 TIs 中共存，使得确定电流诱导自旋极化（CISP）的起源变得困难。本工作中，我们使用自旋电势测量直接比较了块体绝缘性 Bi2Te2Se（BTS221）与块体金属性 Bi2Se3 薄 flakes 之间的 CISP。在块体绝缘的 BTS221 中，观测到的 CISP 符号与 TSS 的 SML 预期螺旋性一致，但与其计算的块体自旋霍尔电导率（SHC）符号相反。然而，与 BTS221 相比，在块体金属性 Bi2Se3 中观测到相反的 CISP，反而与其能带弯曲诱导的 2DEG 的 Rashba-Edelstein 效应以及块体自旋霍尔效应（SHE）的预期一致。我们的结果提供了一种电学方法，可在三维 TIs 的自旋输运测量中区分 TSS 与其他可能的导电通道，并为电荷-自旋转换器件的潜在应用开辟了途径。
引用
@article{arxiv.2008.09899,
title = {Opposite current-induced spin polarizations in bulk-metallic Bi2Se3 and bulk-insulating Bi2Te2Se topological insulator thin flakes},
author = {Jifa Tian and Cüneyt Şahin and Ireneusz Miotkowski and Michael E. Flatté and Yong P. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.09899},
year = {2021}
}
备注
15 pages, 6 figures