通过表面间杂化与面内磁场调控三维拓扑绝缘体薄膜中的绝缘体-半金属转变
介观与纳米尺度物理
2019-11-20 v1
摘要
一对具有相反拓扑数（带 Berry相位）的狄拉克点（类似于涡旋-反涡旋对）可通过参数调控合并并湮灭以使狄拉克谱带隙，提供了一个拓扑相变的典型例子。在此，我们报道对 BiSbTeSe（BSTS）薄膜的输运研究，BSTS是一种三维拓扑绝缘体（3D TI），在足够厚的样品中承载自旋螺旋无隙（半金属性）狄拉克费米子表面态（SS），在电荷中性点观测到接近 的电阻率。当样品厚度减小至约 10 nm 时，来自顶、底表面的狄拉克锥可发生杂化（类似于实空间中的“合并”）并产生带隙，从而得到平庸绝缘体。此外，我们观察到面内磁场可再次驱动系统趋向金属性行为，伴随显著的负磁阻（MR，高达约 95%）以及在电荷中性点接近 的温度不敏感电阻率。该观测被解释为面内磁场减小杂化能隙的预言效应（若能隙足够小，可能被无序抹平而呈现金属性行为）。预言足够强的磁场将在动量空间中恢复并再次劈裂狄拉克点，诱导出一个具有两个自旋-动量绕数相反的单一狄拉克锥的独特二维拓扑半金属（TSM）相。
引用
@article{arxiv.1904.03722,
title = {Tuning insulator-semimetal transitions in 3D topological insulator thin films by inter-surface hybridization and in-plane magnetic fields},
author = {Yang Xu and Guodong Jiang and Ireneusz Miotkowski and Rudro R. Biswas and Yong P. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.03722},
year = {2019}
}
备注
4 figures and 5 pages for main text, 13 pages for supplementary information