超薄 Bi(110) 薄膜中的量子尺寸效应、多重狄拉克锥与边缘态

Asish K. Kundu; Genda Gu; Tonica Valla

doi:10.1021/acsami.1c06821

超薄 Bi(110) 薄膜中的量子尺寸效应、多重狄拉克锥与边缘态

材料科学 2022-08-18 v1

作者: Asish K. Kundu , Genda Gu , Tonica Valla

在 arXiv 上查看 ↗ PDF ↗ DOI ↗

摘要

铋中固有的强自旋轨道耦合、其独特的层数依赖能带拓扑及高载流子迁移率，使其成为基础研究与应用中均引人关注的体系。理论上曾提出，Bi(110) 薄膜中应存在强量子尺寸效应，奇数双层（BL）薄膜中因悬空 $p_z$ 轨道可能出现狄拉克费米子态，偶数双层薄膜中则可能出现量子自旋霍尔（QSH）态。然而，这些论断一直缺乏实验验证。本文中，我们利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究生长在高- $T_c$ 超导体 Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+\delta}$ （Bi2212）上的 Bi(110) 薄膜的电子结构。我们观察到电子结构随薄膜厚度的振荡行为，并确认了奇数双层薄膜中的狄拉克态，与理论预言一致。在偶数双层薄膜中，我们发现了另一个曾被预言在 QSH 效应中起关键作用的狄拉克态。在低厚度极限下，我们观察到若干极一维态，可能源于 Bi(110) 岛的边缘态。我们的结果为 Bi(110) 薄膜的电子与结构性质提供了亟需的实验洞察。

关键词

量子尺寸效应狄拉克锥边缘态 Bi(110) 薄膜自旋轨道耦合角分辨光电子能谱

引用

@article{arxiv.2106.13943,
  title  = {Quantum size effects, multiple Dirac cones and edge states in ultrathin Bi(110) films},
  author = {Asish K. Kundu and Genda Gu and Tonica Valla},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2106.13943},
  year   = {2022}
}

备注

8 pages, 5 figures

超薄 Bi(110) 薄膜中的量子尺寸效应、多重狄拉克锥与边缘态

摘要

关键词

引用

备注

相关论文