While many photoemission studies have dealt with both the bulk band structure and various surface states and resonances, the unoccupied electronic structure above the Fermi level of the Bi(111) surface has not yet been measured directly although understanding of this model semi-metal is of great interest for topological insulators, spintronics and related fields. We use angle-resolved two-photon photoemission to directly investigate the occupied and unoccupied p bands of Bi, including the bulk hole pocket at the T point, as well as the image potential states and surface states of Bi(111).
Direct Optical Coupling to an Unoccupied Dirac Surface State in the Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$
利用单光子和双光子角分辨光电子能谱和平板能带结构计算,研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的占据和未占据电子结构.我们揭示了第二个,未被占用的狄拉克表面态具有类似的电子结构和物理起源的著名的拓扑表面状态。这种状态是积极位于1.5 eV以上的导带,这使得它可以直接激发的输出钛:蓝宝石激光器。这一发现证明了直接超快光耦合到拓扑保护的自旋织构表面态的可行性。
Unoccupied Topological Surface State in MnBi$_2$Te$_4$
用第一性原理计算研究了磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$的能带结构.我们发现了第二个未被占据的拓扑表面态,其电子结构与著名的被占据的拓扑表面态相似。该态在能量上位于$Γ$点附近占据的狄拉克表面态上方约$1.6$ eV处,这使得它可以通过双光子角分辨光电子能谱直接观察到。我们提出了一个统一的有效模型的占领和未占领的表面状态。由于这两个表面态之间的直接光学耦合,我们进一步提出了两种光学效应来检测未被占据的表面态。另一种是在偶数层产生高阶太赫兹边带,其中未占据表面态的非零Berry曲率直接由光发射的巨大法拉第旋转观测到。
Estimate of the Coulomb Correlation Energy in CeAg$_2$Ge$_2$ from Inverse Photoemission and High Resolution Photoemission Spectroscopy
用高分辨光电子能谱和逆光电子能谱分别研究了CeAg $_2$ Ge $_2$单晶的占据和未占据电子结构。高分辨率光电子能谱揭示了Ce $4f$态在占据的电子结构中的清晰特征,这是由于分辨率差而没有观察到的。在这个系统中的库仑相关能已被确定实验从$4f$状态的位置以上和以下的费米能级。理论上的关联能已确定通过使用第一原理密度泛函计算的广义梯度近似考虑到强的原子内(现场)相互作用哈伯德$U_{eff}$长期。虽然用不同的$U_{eff}$计算的价带没有表现出明显的差异,但在导带中观察到了实质性的变化。从理论和实验两方面估计CeAg $_2$ Ge $_2$的相关能为$\approx$ 4.2eV。
Insulator-to-metal transition in the pyrochlore iridates series (Eu_1-xBi_x)2Ir2O7 probed using Hard X-ray Photoemission Spectroscopy
Eu 2 Ir 2 O 7,一个候选的Weyl半金属,显示了绝缘体到金属的过渡作为Bi取代在Eu网站的功能。本文采用硬X射线光电子能谱(HAXPES)研究了(Eu_(1-x)Bi_x)_2 Ir_2 O_7系列样品,发现Bi ~(3+)掺杂Eu ~(3+)时,在低Bi掺杂(3.5%)时,出现了20%的晶格收缩.使用HAXPES,我们确认,所有的阳离子保持其名义价态在整个系列。Bi芯能级谱的非对称性质的组合物中的金属区域表明,Bi有助于在此掺杂范围内的费米能的状态密度。价带谱表明Bi 6s峰在整个系列中没有改变,并且位于价带内的深处。基于这些观察,我们认为Bi 6p-Ir 5d杂化驱动绝缘体到金属的转变。
Three-photon photoemission on metallic transition metal dichalcogenide NiTe$_{2}$
Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica(原子分子科学研究所,中央研究院);Molecular Science and Technology Program, Taiwan International Graduate Program, Academia Sinica(分子科学与技术项目,台湾国际研究生计划,中央研究院);Department of Physics, National Taiwan University(物理学系,台湾大学);Department of Physics, National Sun Yat-sen University(物理学系,国立中山大学);Department of Physics, National Central University(物理学系,国立中央大学);Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali(物理学系,印度科学教育与研究学院(IISER)莫哈利分校);Academy of Innovative Semiconductor and Sustainable Manufacturing, National Cheng Kung University(创新半导体与可持续制造学院,国立成功大学);Taiwan Consortium of Emergent Crystalline Materials (TCECM), National Science and Technology Council(新兴晶体材料台湾联盟(TCECM),国家科学及技术委员会)
Band resolved imaging of photocurrent in a topological insulator
利用时间分辨和角度分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$中光电流产生的微观起源。我们的图像的未占用的能带结构,因为它的发展以下的圆偏振光激发和观察动量空间中的非对称电子人口,这是一个光电流的光谱签名。通过分析人口的上升时间,我们确定哪些占用和未占用的电子状态耦合的光激发。我们的结论是,光电流只能通过耦合到自旋轨道织构态的共振光学跃迁激发。我们的工作提供了一个微观的理解,如何控制系统中的光电流与自旋轨道耦合和破坏反转对称性。
Spin-Polarized Surface Resonances Accompanying Topological Surface State Formation
拓扑绝缘体的自旋极化表面态是由自旋轨道相互作用驱动的体能带的能量反转产生的。在这里,我们发现以前未确定的后果带反转的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的表面电子结构。通过同时进行自旋,时间,和角度分辨的光电子能谱,我们映射的自旋极化未占电子结构,并确定一个表面共振,这是不同的拓扑表面状态,但共享一个类似的自旋轨道纹理与相反的方向。它的动量依赖性和自旋织构意味着它与拓扑表面态有着密切的联系.计算表明,这两个不同的状态可以出现从平凡的拉什巴类状态,通过自旋轨道诱导带反转改变拓扑结构。因此,这项工作提供了一个令人信服的观点,通过拓扑相变的表面状态的共同演变,使直接测量自旋极化未占用的能带结构的独特能力。
Ultrafast Optical Excitation of a Persistent Surface-State Population in the Topological Insulator Bi2Se3
利用飞秒时间和角度分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的非平衡动力学行为。我们研究了p型Bi_2Se_3,其中金属狄拉克表面态和体导带未被占据。光学激发导致在体导带边缘处的亚稳态布居,其供给表面态的非平衡布居,该非平衡布居持续>10ps。这种具有自旋纹理的金属狄拉克表面态的异常长寿的人口可能会提供一个驱动瞬态自旋极化电流的通道。
Tunable competing optical excitation pathways in the topological surface states of Bi$_2$Te$_3$
Hiroshima University(广岛大学);International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM 2 ), Hiroshima University(广岛大学缠结手性超材料可持续性国际研究所(WPI-SKCM 2 ));The University of Tokyo(东京大学);University of Duisburg-Essen(杜伊斯堡-埃森大学);Research Institute for Synchrotron Radiation Science (HiSOR), Hiroshima University(广岛大学同步辐射科学研究所以)
Spin-polarization of topological crystalline and normal insulator Pb$_{1-x}$Sn$_x$Se (111) epilayers probed by photoelectron spectroscopy
拓扑晶体绝缘体(TCI)表面的螺旋自旋织构使得这些材料在自旋电子学中的应用具有吸引力。本文利用角分辨光电子能谱(SR-ARPES)和自旋分辨光电子能谱(SR-ARPES)研究了(111)取向Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se TCI外延膜的自旋极化和表面态电子结构。采用分子束外延(MBE)方法生长了不同Sn含量的高质量外延层。拓扑正常的绝缘体转变表现为带隙开放观察。结果表明,不仅可以通过改变外延层的Sn含量,而且还可以通过在其表面上沉积过渡金属(TM)来诱导间隙打开。在后一种情况下,所观察到的表面状态的缺口是由表面组成的变化,而不是由磁性。我们还表明,螺旋自旋极化不仅存在于拓扑组成的样品,但也为平凡的(具有开放的带隙)。所观察到的自旋极化达到30%的值的面内自旋分量,几乎不存在的面外的。我们相信,我们的工作将铺平道路的应用不仅拓扑,而且正常的铅锡硫族化合物的绝缘体的表面态的自旋电荷转换器件。
Clustering-Enhanced Time- and Angle-Resolved Photoemission Study of LaTe$_3$: Absence of a Photoinduced Secondary CDW in the Electronic Structure
Aarhus University(奥胡斯大学);CNR, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto officina dei materiali(意大利国家研究委员会材料研究所);Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory(STFC鲁瑟福阿普尔顿实验室中央激光设施);SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews(圣安德鲁斯大学物理与天文学学院);Stanford University(斯坦福大学);Diamond Light Source Ltd(钻石光源有限公司);Princeton University(普林斯顿大学);Department of Physics, Indian Institute of Technology Guwahati(印度理工学院古瓦哈提分校物理系)
Electronic structures across superconductor-insulator transition in Ruddlesden-Popper bilayer nickelate films
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China(合肥国家实验室,中国科学技术大学);Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China(微观尺度物理科学合肥国家研究中心,中国科学技术大学);Southern University of Science and Technology(南方科技大学);Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area(粤港澳大湾区量子科学中心);Nanjing University(南京大学);Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);Tsinghua University(清华大学)