通过改变 Ge 浓度调控 Mn$_{1-x}$Ge$_x$Bi$_2$Te$_4$ 中的自旋结构

利用激光辐射的自旋分辨与角分辨光电子能谱 (Laser Spin-ARPES)，研究了拓扑绝缘体 Mn$_{1-x}$Ge$_x$Bi$_2$Te$_4$ 在布里渊区 $\bar{\rm K}\bar{\Gamma}\bar{\rm K}'$ 路径上的自旋分辨色散关系，其中通过改变替代 Ge 原子的浓度（x 从 0.1 到 0.8）来考察面内 ($s_x$) 和面外 ($s_z$) 自旋取向。结果表明形成了 Rashba-like 态，该态随 Ge 浓度增加向低能方向移动。在 Ge 浓度从 50% 到 75% 的区域内，这些态对形成的自旋相关色散的贡献变得占主导地位。对于 Dirac cone 态，揭示了明显的面内 ($s_y$) 自旋极化，且在相反的 $\pm k_\parallel$ 方向上不对称；而 Rashba-like 态在面内 ($s_y$) 和面外 ($s_z$) 自旋极化上均表现出明显的不对称性。理论计算证实了在 BZ 的 $\bar{\rm K}\bar{\Gamma}\bar{\rm K}'$ 路径上形成的 Rashba-like 态在面内和面外自旋取向上同时存在不对称极化。Rashba-like 态的恒定能量图显示，沿 $\bar{\Gamma}\bar{\rm K}$ 方向存在明显的 $s_z$ 自旋分量，且当等能线跨越 $\bar{\Gamma}\bar{\rm M}$ 方向时符号发生改变。观测到的自旋极化可能会影响基于磁性拓扑绝缘体的自旋器件的开发。