手性自旋纹理保护拓扑表面态免受背散射
材料科学
2009-08-14 v1
摘要
拓扑绝缘体是一类新型绝缘体，其中强自旋轨道耦合为电子激发产生了体带隙。这些新型材料与普通绝缘体的区别在于存在无带隙的金属边界态，类似于量子霍尔系统中的手性边缘模，但具有非常规的自旋纹理。最近，实验和理论工作为半导体量子阱结构以及几种基于Bi的化合物中的二维和三维拓扑绝缘体及其新颖的边缘态和表面态提供了有力证据。这些具有自旋纹理的边界态的一个关键特征是对自旋无关散射不敏感，这保护它们免受背散射和局域化。这些手性态对于基于自旋的电子学（其中长自旋相干性至关重要）以及量子计算应用（其中拓扑保护可以实现容错信息处理）具有潜在用途。在这里，我们使用扫描隧道显微镜(STM)来观察三维拓扑绝缘体BiSb的无带隙表面态，并研究它们在该化合物中由随机合金化引起的无序的散射行为。结合STM和角分辨光电子能谱，我们表明，尽管存在强烈的原子尺度无序，但相反动量和相反自旋态之间的背散射是缺失的。我们对自旋选择性散射的观察表明，这些态的手性性质保护了载流子的自旋；因此，它们有潜力用于自旋电子器件中的相干自旋输运。
引用
@article{arxiv.0908.1247,
title = {Topological Surface States Protected From Backscattering by Chiral Spin Texture},
author = {Pedram Roushan and Jungpil Seo and Colin V. Parker and Y. S. Hor and D. Hsieh and Dong Qian and Anthony Richardella and M. Z. Hasan and R. J. Cava and Ali Yazdani},
journal= {arXiv preprint arXiv:0908.1247},
year = {2009}
}
备注
to be appear in Nature on August 9, 2009