通过表面取向调控拓扑绝缘体的电子结构

三维拓扑绝缘体晶体由绝缘体块体和包裹其外的金属表面组成，关于表面态能带拓扑和自旋织构已有详细的理论预测。虽然目前已知的拓扑绝缘体材料有多种，但对于给定材料，这些金属态的存在和拓扑结构仅针对一种特定的表面取向进行过探测。对于大多数拓扑绝缘体（如 Bi$_{1-x}$Sb$_{x}$和 Bi$_2$Se$_3$），该表面为密排 (111) 面，且支持一个拓扑保证的表面态狄拉克锥。在此，我们在实验上实现了拓扑绝缘体 Bi$_{1-x}$Sb$_{x}$的非密排表面 (110)，并通过角分辨光电子能谱探测了其表面态拓扑。正如预期，该表面也支持金属态，但表面取向的改变极大地修正了能带拓扑，导致出现三个狄拉克锥而非一个，这与理论预测高度一致，但与以往任何实验研究的拓扑绝缘体表面不同。这表明可以通过晶体学方向来定制表面的基本拓扑性质。此处引入了一种此前在拓扑绝缘体系统中未曾实现的谷自由度。