Unoccupied topological surface state in Bi$_{2}$Te$_{2}$Se
Munisa Nurmamat, E. E. Krasovskii, K. Kuroda, M. Ye, K. Miyamoto, M. Nakatake, T. Okuda, H. Namatame, H. Namatame, M. Taniguchi, E. V. Chulkov, K. A. Kokh, O. E… 展开作者
Munisa Nurmamat, E. E. Krasovskii, K. Kuroda, M. Ye, K. Miyamoto, M. Nakatake, T. Okuda, H. Namatame, H. Namatame, M. Taniguchi, E. V. Chulkov, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, A. Kimura
用扫描隧道显微镜/光谱研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_2$ Se的清洁表面的拓扑表面态的偏压散射.一个强大的翘曲的恒定的能量轮廓中的未被占用的部分的频谱被发现导致自旋选择性散射。拓扑表面态在远远超过狄拉克点的未占据范围内持续到更高的能量，在那里它与体导带共存。这一发现揭示了宽能量范围内的自旋和电荷动力学，并为设计光自旋电子器件开辟了一条道路。
英文摘要：
Bias voltage dependent scattering of the topological surface state is studied by scanning tunneling microscopy/spectroscopy for a clean surface of the topological insulator Bi$_2$Te$_2$Se. A strong warping of constant energy contours in the unoccupied part of the spectrum is found to lead to a spin-selective scattering. The topological surface state persists to higher energies in the unoccupied range far beyond the Dirac point, where it coexists with the bulk conduction band. This finding sheds light on the spin and charge dynamics over the wide energy range and opens a way to designing opto-spintronic devices.
Unoccupied Topological States on Bismuth Chalcogenides
利用角分辨双光子光电子能谱和密度泛函理论研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_{x}$ Se $_{3-x}$（$x=0,2,3$）的能带结构.对于所有的表面线性分散的表面状态被发现在中心的表面布里渊区的能量约1.3 eV以上的费米能级。理论分析表明，这一特征出现在自旋-轨道相互作用诱导的反转局域能隙中。该反演对Bi $_2$ Se、$_3$和Bi $_2$ Te $_2$ Se的电子和结构参数的变化不敏感。在Bi $_2$ Te $_3$中，小的结构变化可以改变局部能隙的特征，这取决于未占据的狄拉克态是否存在。圆二色性测量证实了预期的自旋织构。从这些发现中，我们分配到一个未占用的拓扑表面状态的观察状态。
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。
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。
Scattering properties of the three-dimensional topological insulator Sb2Te3: Coexistence of topologically trivial and non-trivial surface states with opposite spin-momentum helicity
二元硫族化合物Bi 2 Te 3和Bi 2 Se 3是研究最广泛的拓扑绝缘体。虽然最近在磁性掺杂的Sb 2 Te 3中观察到量子反常霍尔效应，但对该化合物的研究程度要小得多。在这里，通过使用能量分辨准粒子干涉映射，我们调查的原始Sb2Te3表面的散射事件。我们发现，除了狄拉克费米子，另一个强自旋极化的表面共振出现在更高的能量在未占领的电子状态。虽然这两个表面状态是不同的起源，即拓扑保护和平凡的，分别，都表现出强烈的方向性散射特性和没有背散射。与从头计算结果的比较表明，这是一个直接的后果，他们的自旋动量锁定自旋织构被发现表现出相反的转动意义的平凡态和狄拉克态。
Ultrafast Electron Dynamics in the Topological Insulator Bi2Se3 Studied by Time-Resolved Photoemission Spectroscopy
我们用时间和角度分辨光电子能谱对拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$进行了表征.利用双光子光电子能谱，得到了从费米能级到真空能级的完整的电子结构图。我们证明，未被占据的态具有第二个狄拉克表面态，该表面态可以被1.5 eV的光子共振激发。然后我们研究了光激发后的超快弛豫过程。我们发现，他们最终在一个持久的非平衡人口的第一狄拉克表面状态，这是由一个亚稳定人口的体导带。最后，我们对导带中的电子-声子散射过程进行了温度相关的研究，并发现了意想不到的结果，即它们的速率随着样品温度的升高而降低。我们开发了一个模型的声子发射和吸收人口的电子，并表明，这种反直觉的趋势是自然的结果，基本的电子-声子散射过程。这种分析作为一个重要的提醒，时间分辨光电发射提取的衰变率一般不等于单电子散射率，但包括从连续状态的填充和排空过程的贡献。
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。
Quasiparticle interference on the surface of 3D topological insulator Bi$_{2}$Se$_{3}$ induced by cobalt adatom in the absence of ferromagnetic ordering
用扫描隧道显微镜、角分辨光电子能谱和X射线磁圆二色性研究了钴原子在拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Se $_{3}$表面引起的准粒子干涉.研究发现，Co原子被选择性地吸附在Se位的顶部，并在表面作为强散射体，产生各向异性的驻波。一个长程磁序被发现是缺席的，和表面状态狄拉克锥保持无隙。驻波的各向异性归因于未占据态的严重翘曲的等能轮廓，其中散射由于非零的面外自旋而被允许。
Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
Topological delocalization and tuning of surface channel separation in Bi2Se2Te Topological Insulator Thin films
三维拓扑绝缘体（TI）的表面态具有抗后向散射的拓扑保护作用。然而，体电子对输运数据的贡献是表面拓扑保护的一个障碍。我们报告的化学势的调谐在大块的Bi 2 Se 2 Te TI薄膜，钉扎它附近的中心的散装带隙，从而抑制散装载流子。这些薄膜的温度依赖性电阻显示出低至50K的活化行为，随后在较低温度下发生金属转变，这是TI表面态稳健性的标志。用二维弱反定域化现象解释了拓扑保护和表面支配输运的表现。在这项工作中，我们进一步探讨了TI中的表面到体耦合的效果，这是由参与运输的有效导电表面通道的数量捕获的。单个导电通道的存在表明强的表面到体耦合，这对纯拓扑输运是有害的。我们证明了在薄膜的相对表面上的拓扑表面态的解耦，从而抑制了体输运。我们的研究结果提供了一个更深入的了解，随着拓扑输运行为和它们各自的可调性的表面到体耦合。
Persistent Coherence and Spin-Polarization of Topological Surface States on Topological Insulators
拓扑绝缘体上的无带隙表面态可以避免非磁性杂质的弹性散射，这使得它们成为低功率电子应用的有希望的候选者。然而，对于广泛的应用，这些状态应该保持相干，并在环境温度下显着自旋极化。在这里，我们研究的相干性和自旋结构的拓扑状态的表面上的模型拓扑绝缘体，Bi 2 Se 3，在高温下的自旋和角度分辨光电子能谱。我们发现一个非常弱的加宽和基本上没有衰减的自旋极化的拓扑表面状态到室温。我们的研究结果表明，拓扑绝缘体表面的拓扑态可以作为室温电子器件的基础。
Topological semimetals: surface transport and spin effects
Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院固体物理研究所）；V.L. Ginzburg Research Centre for High-Temperature Superconductivity and Quantum Materials, P.N. Lebedev Physical Institute of RAS（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所V.L.金兹堡高温超导与量子材料研究中心）
Independence of topological surface state and bulk conductances in three-dimensional topological insulators
典型的3D拓扑绝缘体Bi 2Se 3、Bi 2 Te 3和Sb 2 Te 3通常表现出高的体电导率，阻碍了表面态电荷输运的表征。然而，最佳掺杂的拓扑绝缘体Bi 2 Te 2 Se和Bi 2-xSbxTe 2 S允许进行这样的表征。在这里，我们报告的拓扑表面状态和体电导的Bi 2 Te 2Se和Bi1.1Sb0.9Te2S的第一个实验比较，根据温度依赖的高压测量。我们发现，在低温下的表面态电导保持不变的数量级增加的体态电导，揭示在一个简单的方式，拓扑表面态和体态在低温下解耦，与理论模型一致，并确认拓扑绝缘体是一个很好的场所，研究电荷输运在二维狄拉克电子系统。
Controlling and distinguishing electronic transport of topological and trivial surface states in a topological insulator
拓扑绝缘体（TI）是一类具有狄拉克-费米子拓扑表面态（TSS）特征的新型电子材料，在新物理和器件应用方面具有广阔的应用前景。然而，现实的TI材料的主要挑战是访问，区分和操纵TSS的电子输运经常被其他可能的平行传导通道所掩盖，所述其他可能的平行传导通道包括体以及由于体带的弯曲而在表面附近形成的二维电子气（2DEG）。这样的（薛定谔-费米子）2DEG代表拓扑平凡的表面状态，其共存的TSS已被揭示的角度分辨光电子能谱。在这里，我们表明，表面条件的简单操作可以用来访问和控制这两种类型的表面状态和它们的共存体绝缘Bi 2 Te 2Se，其表面导电突出表现在温度相关的电阻和非局部运输。平凡的二维电子气和TSS在磁电阻中都表现出明显的Shubnikov-de Haas振荡，不同的Berry相位~0和~pi区分了它们不同的拓扑特征。我们还报告了偏离典型的弱反定位行为，可能是由于高流动性TSS。我们的研究能够区分，控制和利用不同拓扑性质的TI表面载流子的电子输运。
Topological nature of step edge states on the surface of topological crystalline insulator Pb$_{0.7}$Sn$_{0.3}$Se
除了新颖的表面态，拓扑绝缘体还可以在晶体缺陷处表现出鲁棒的无隙态。台阶边是晶体表面常见的一类缺陷。在这项工作中，我们建立了拓扑晶体绝缘体（TCI）Pb $_{0.7}$ Sn $_{0.3}$ Se的[001]表面的台阶边缘的一维（1D）束缚态的拓扑性质，从理论和实验两方面。我们表明，台阶边缘态的拓扑稳定性来自于表面低能物理的一个紧急粒子-空穴对称性，并展示了粒子-空穴对称性破缺的实验特征。我们还揭示了外部磁场对一维束缚态的影响。我们的工作表明，类似的拓扑阶边模式的可能性，在其他拓扑材料与岩盐结构。
