Observation of Distinct Bulk and Surface Chemical Environments in a Topological Insulator under Magnetic doping
Ivana Vobornik, Giancarlo Panaccione, Jun Fujii, Zhi-Huai Zhu, Francesco Offi, Benjamin R. Salles, Francesco Borgatti, Piero Torelli, Jean Pascal Rueff, Denis C… 展开作者
Ivana Vobornik, Giancarlo Panaccione, Jun Fujii, Zhi-Huai Zhu, Francesco Offi, Benjamin R. Salles, Francesco Borgatti, Piero Torelli, Jean Pascal Rueff, Denis Ceolin, Alberto Artioli, Manju Unnikrishnan, Giorgio Levy, Massimiliano Marangolo, Mamhoud Eddrief, Damjan Krizmancic, Huiwen Ji, Andrea Damascelli, Gerrit van der Laan, Russell G. Egdell, Robert J. Cava
磁性掺杂剂对拓扑绝缘体（TI）中电子和化学环境的影响是基于拓扑表面态性质考虑可能的自旋电子学应用时的关键因素。在这里，我们提供的光谱证据存在不同的化学和电子行为的表面和体磁掺杂的Bi2Te3。在Bi 2 Te 3的本体中包含Mn诱导真正的稀铁磁状态，随着Mn含量的增加，本体带隙减小。另一方面，在Bi2Te3表面上沉积Fe有利于形成已经在覆盖率低至0.07单层的碲化铁，作为富Te表面的反应性的结果。我们的研究结果确定的因素，需要控制在实现磁纳米系统和接口的基础上的TI。
英文摘要：
The influence of magnetic dopants on the electronic and chemical environments in topological insulators (TIs) is a key factor when considering possible spintronic applications based on topological surface state properties. Here we provide spectroscopic evidence for the presence of distinct chemical and electronic behavior for surface and bulk magnetic doping of Bi2Te3. The inclusion of Mn in the bulk of Bi2Te3 induces a genuine dilute ferromagnetic state, with reduction of the bulk band gap as the Mn content is increased. Deposition of Fe on the Bi2Te3 surface, on the other hand, favors the formation of iron telluride already at coverages as low as 0.07 monolayer, as a consequence of the reactivity of the Te-rich surface. Our results identify the factors that need to be controlled in the realization of magnetic nanosystems and interfaces based on TIs.
Optimal doping and entropic origin of giant thermopower in doped Mott insulators
这篇论文已被作者撤回，因为结果是不正确的，由于使用的杂质求解器，在大的相互作用强度和以上的半填充失败。这首先导致了新的杂质求解器的开发（arXiv：1202.5814或Phys.Rev. B 86，085133（2012）），其次导致了具有不同结论的热电势结果的完全修订。因此，提交了一篇关于热电的新论文（arXiv：1209.4349），并撤回了目前的论文。
Electron doping in single crystalline BaBiO$_3$: BaBiO$_{3-x}$F$_{x}$
Indian Institute of Technology Palakkad（印度理工学院帕拉卡德分校）；Raja Ramanna Centre for Advanced Technology（拉贾·拉曼纳先进技术中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
Reducing the impact of bulk doping on transport properties of Bi-based 3D topological insulators
Bi基三维拓扑绝缘体螺旋表面态的观测一直是理论预测的难点。当费米能级由于非故意掺杂而深入到体导带时，主要问题出现了。这导致了金属传导的散装占主导地位的运输测量，并阻碍了在这些实验中的表面状态的探测。在这项研究中，我们研究了各种策略，以减少Bi基拓扑绝缘体中的残留掺杂。通过物理气相沉积生长Bi $_2$ Se $_3$和Bi $_{1.5}$ Sb $_{0.5}$ Te $_{1.7}$ Se $_{1.3}$的薄片，并将它们的结构和电子性质与机械剥离的薄片进行比较。使用拉曼光谱，我们探索在这个过程中的作用，并提出了高品质的晶体制造的最佳条件。尽管这种改进，我们表明，气相沉积的薄片仍然遭受结构紊乱，导致残留的n型掺杂的散装。使用磁测量，我们表明，剥离的薄片具有更好的电气性能，因此更有前途的探测表面状态。
Metal Doping in Topological Insulators- A Key for Tunable Generation of Terahertz
独特的表面边缘态使得拓扑绝缘体成为不同应用领域的研究热点。在这篇文章中，我们合成了一个大的单晶铌（Nb）掺杂的Bi 2 Se 3拓扑绝缘体（TI）的化学式为Nb 0. 25 Bi 2 Se 3。单晶的特征在于使用各种技术，如粉末X射线衍射仪（PXRD），直流磁化测量，拉曼，和超快瞬态吸收光谱（TRUS）。在PXRD中有（00 l）的反射，FC和ZFC测量中在2.5K下清晰可见的抗磁转变证明了超导内生晶体的存在。拉曼光谱用于发现样品中的不同振动模式。此外，通过1.90 eV的泵浦激发样品，并且考虑1.38 eV处的动力学衰减曲线用于太赫兹分析。差分衰减曲线具有不同的振动，并且这些振动已经在太赫兹方面进行了分析。这篇文章不仅提供了太赫兹产生的证据，在铌掺杂的样品以及未掺杂的样品，但也表明，掺杂剂原子改变了载流子的动力学，从而在太赫兹频率响应的移位。总之，合适的掺杂剂可以用作TI中太赫兹频率可调谐性的处理器。
Inducing Lifshitz transition by extrinsic doping of surface bands in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
研究了窄隙半导体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se在其岩盐结构相中的拓扑保护表面态，x=0.45、0.23、0.15和0。角分辨光电子能谱学的本质上p掺杂的样品显示出两个狄拉克锥，偏心的时间反转不变点X的表面布里渊区的所有，但x=0的样品的明确指示。碱金属的吸附逐渐使表面带充满电子，驱动x>0拓扑晶体绝缘体系统通过Lifshitz转变，并从空穴到电子的费米表面。x>0样品中的电子掺杂带显示出狄拉克锥的完整构型，也证实了表面带的电子-空穴对称性。
Anomalous Nodal Gap in a Doped Spin-1/2 Antiferromagnetic Mott Insulator
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Chongqing University（重庆大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Northeastern University（东北大学）
Nitrogen doping induced metal-insulator transition with iso-symmetric character in rutile VO2
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Minjiang University（闽江大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Soochow University（苏州大学）；National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；The School of Integrated Circuit, Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院）；Max-Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
Microscopic effects of Dy-doping in the topological insulator Bi2Te3
在拓扑绝缘体中，用过渡金属离子进行磁性掺杂是打破时间反演对称性的最广泛使用的方法，这是解锁TI奇异势的先决条件。最近，我们报道了用稀土离子掺杂Bi_2Te_3薄膜，由于其大的磁矩，使得在拓扑表面态中具有非常大的磁隙开口。然而，只有当掺杂Dy有一个相当大的差距被观察到的角度分辨光电子能谱，持续到室温。虽然无序本身可以被排除作为拓扑相变的原因，但对Dy：Bi 2 Te 3的磁性和电子性质的基本理解仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个X射线磁圆二色性，极化中子反射，μ子自旋旋转，和共振光电子能谱的微观磁性和电子性质的研究。我们发现，薄膜不是简单的顺磁性，而是观察到的行为可以很好地解释缓慢波动的假设，随着温度的降低，随着体积分数的增加，不均匀的磁补丁。在液氦温度下，通过施加中等的磁场可以很容易地引入大的有效磁化，这意味着这种材料非常适合与底层铁磁绝缘体或具有过渡金属掺杂层的异质结构进行邻近耦合。然而，至少在这些高度掺杂的样品中不能排除由掺杂剂引入的一些载流子。然而，我们发现，磁秩序是不介导的，通过在这些稀土掺杂样品的导电通道，因此磁秩序和载流子浓度预计是独立可控的。对于过渡金属掺杂的拓扑绝缘体，通常不是这种情况。
