Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах

Особенностью топологических изоляторов является наличие электронных, топологически защищенных квазичастичных поверхностных состояний, исключительно устойчивых к наличию примесей, однако структура спектра рассеяния поверхностных квазичастиц изучена слабо. Цель работы — определение структуры собствен...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Топоров, Ю.В., Кордюк, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2019
Назва видання:	Физика низких температур
Теми:	Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175437
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах / Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 1. — С. 134-139. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-175437
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1754372021-02-02T01:27:37Z Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Топоров, Ю.В. Кордюк, А.А. Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках Особенностью топологических изоляторов является наличие электронных, топологически защищенных квазичастичных поверхностных состояний, исключительно устойчивых к наличию примесей, однако структура спектра рассеяния поверхностных квазичастиц изучена слабо. Цель работы — определение структуры собственной энергии поверхностных состояний из анализа фотоэмиссионных спектров. В частности, детально исследовано уширение этих состояний в зависимости от энергии связи в Bi₂Se₃ и Bi₂Te₂Se — наиболее изученных топологических изоляторах. Выявленная ступенчатая структура уширения позволила выделить вклады упругого и неупругого межзонного рассеяния (поверхность–объем) в квазичастичную собственную энергию и показать, что оно сравнимо с упругим внутризонным рассеянием. Особливістю топологічних ізоляторів є наявність електронних топологічно захищених квазічастинкових поверхневих станів, винятково стійких до наявності домішок, однак структуру спектра розсіяння поверхневих квазічастинок вивчено слабко. Мета роботи — визначення структури власної енергії поверхневих станів з аналізу фотоемісійних спектрів. Зокрема, детально досліджено уширення цих станів в залежності від енергії зв’язку у Bi₂Se₃ та Bi₂Te₂Se — найбільш досліджених топологічних ізоляторах. Виявлена сходинкова структура уширення дозволила виділити внески пружного та непружного міжзонного розсіяння (поверхня–об’єм) до квазічастинкової власної енергії та показати, що воно порівнянне з пружним внутрішньозонним розсіянням. The uniqueness of topological insulators is in the presence of the topologically protected quasiparticle surface states, which are exceptionally resistant to presence of impurities, nevertheless the structure of the scattering spectrum of topological quasiparticles is not well studied. The aim of the work — determination of the surface states self-energy from photoemission spectra analysis. In particular, the binding energy dependence of the broadening of these states has been studied in detail in Bi₂Se₃ and Bi₂Te₂Se — the most explored topological insulators. The revealed stairstructure of the broadening made it possible to distinguish the contributions of the elastic and inelastic interband scattering (surface to bulk) to quasiparticle self-energy and to show that these contributions are comparable with the elastic intraband scattering 2019 Article Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах / Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 1. — С. 134-139. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0132-6414 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175437 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках
spellingShingle	Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках Топоров, Ю.В. Кордюк, А.А. Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Физика низких температур
description	Особенностью топологических изоляторов является наличие электронных, топологически защищенных квазичастичных поверхностных состояний, исключительно устойчивых к наличию примесей, однако структура спектра рассеяния поверхностных квазичастиц изучена слабо. Цель работы — определение структуры собственной энергии поверхностных состояний из анализа фотоэмиссионных спектров. В частности, детально исследовано уширение этих состояний в зависимости от энергии связи в Bi₂Se₃ и Bi₂Te₂Se — наиболее изученных топологических изоляторах. Выявленная ступенчатая структура уширения позволила выделить вклады упругого и неупругого межзонного рассеяния (поверхность–объем) в квазичастичную собственную энергию и показать, что оно сравнимо с упругим внутризонным рассеянием.
format	Article
author	Топоров, Ю.В. Кордюк, А.А.
author_facet	Топоров, Ю.В. Кордюк, А.А.
author_sort	Топоров, Ю.В.
title	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
title_short	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
title_full	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
title_fullStr	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
title_full_unstemmed	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
title_sort	механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Квантові ефекти в напівпровідниках та діелектриках
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175437
citation_txt	Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах / Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 1. — С. 134-139. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT toporovûv mehanizmyrasseâniâpoverhnostnyhélektronovvtopologičeskihizolâtorah AT kordûkaa mehanizmyrasseâniâpoverhnostnyhélektronovvtopologičeskihizolâtorah
first_indexed	2025-07-15T12:45:13Z
last_indexed	2025-07-15T12:45:13Z
_version_	1837717010147966976
fulltext	Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1, c. 134–139 Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Ю.В. Топоров Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, г. Киев, 01033, Украина E-mail: toporov94@gmail.com А.А. Кордюк Киевский академический университет, бульв. Вернадского, 36, г. Киев, 03142, Украина Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины бульв. Вернадского, 36, г. Киев, 03142, Украина E-mail: kordyuk@gmail.com Статья поступила в редакцию 14 мая 2018 г., после переработки 3 августа 2018 г., опубликована онлайн 26 ноября 2018 г. Особенностью топологических изоляторов является наличие электронных, топологически защищен- ных квазичастичных поверхностных состояний, исключительно устойчивых к наличию примесей, одна- ко структура спектра рассеяния поверхностных квазичастиц изучена слабо. Цель работы — определение структуры собственной энергии поверхностных состояний из анализа фотоэмиссионных спектров. В ча- стности, детально исследовано уширение этих состояний в зависимости от энергии связи в Bi2Se3 и Bi2Te2Se — наиболее изученных топологических изоляторах. Выявленная ступенчатая структура уши- рения позволила выделить вклады упругого и неупругого межзонного рассеяния (поверхность–объем) в квазичастичную собственную энергию и показать, что оно сравнимо с упругим внутризонным рас- сеянием. Ключевые слова: топологический изолятор, ARPES спектр, рассеяние электронов. Введение Топологические защищенные состояния на поверхно- сти объемных изоляторов возможны благодаря комби- нации спин-орбитального взаимодействия и симметрии относительно инверсии времени [1]. Существование таких состояний позволяет топологическому изолятору проводить ток на поверхности, оставаясь диэлектри- ком в объеме. При этом поверхность остается метал- лической даже при очень сильном разупорядочении, например, при рассеянии носителей заряда на приме- сях и дефектах. Это было экспериментально продемон- стрировано, используя сканирующую туннельную спек- троскопию [2] и фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy — ARPES) [3,4], которая идеально подхо- дит для изучения поверхностных состояний [5]. Топо- логическая инвариантность может быть использована в создании квантовых компьютеров, а именно: на основе фермионов Майораны, которые являются чрезвычайно устойчивыми к шумам и воздействию окружающей среды, и их можно было бы использовать для надеж- ного хранения и передачи информации [1]. Очевидно, что основой эффективного использова- ния топологических изоляторов должно быть понима- ние механизмов рассеяния этих «топологически защи- щенных» поверхностных состояний. И можно было бы ожидать, что эти механизмы будут достаточно быстро идентифицированы в прямых ARPES экспериментах [5], например, путем анализа структуры собственной энер- гии квазичастиц, как это было сделано в случае сверх- проводящих купратов [6,7]. Однако работ по исследова- нию структуры собственной энергии в топологических изоляторах опубликовано немного [8], что связано с малым затуханием (ширина спектров, пропорциональ- на затуханию и сравнима с экспериментальным разре- шением), а также с влиянием объемных состояний, которые усложняют анализ спектров [5]. Поверхностные состояния имеют большое время жизни, так как они являются спин-поляризованными [1]. © Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк, 2019 Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Чтобы электрон перешел в другое поверхностное со- стояние нужно, чтобы его спин изменил свое направле- ние. Вероятность этого процесса очень мала. С другой стороны, ничто бы не мешало рассеяться электрону в объемное состояние, где нет топологической защищен- ности. Однако поверхностные и объемные состояния в кристалле пространственно разделены, область пере- крытия невелика. С помощью детального анализа ARPES спектров можно выявить, насколько эти два состояния влияют друг на друга, оценив относительную вероят- ность межзонных и внутризонных переходов. В настоящей работе, используя ARPES спектры с улучшенной статистикой, исследовали корреляцию по- верхностных и объемных состояний селенида висмута Bi2Se3 и соединения с теллуром Bi2Te2Se путем изуче- ния структуры квазичастичного рассеяния. Найдены вклады упругого и неупругого рассеяния в квазича- стичную собственную энергию, которые определяют время жизни топологических состояний. Методика эксперимента ARPES спектр отражает вероятность нахождения в кристалле электрона с энергией ω и импульсом k и пе- ревода его в возбужденное состояние. Первый процесс определяется плотностью заполненных состояний, или спектральной функцией, умноженной на распределение Ферми: ( , ) ( )A fω ωk . Второй — вероятностью погло- щения фотона, или прямого перехода на свободный уровень (в трехшаговой модели фотоэмиссии он опре- деляет «матричные элементы» ( , , )M nν k ). Таким об- разом, структура ARPES спектра, которая состоит из n зон, в координатах ( , )ω k выглядит так: ( )ARPES ( , ) , , ( , ) ( ) n M n A fω ∝ ν ω ω∑k k k . (1) Спектральная функция ( , )A ω k содержит информа- цию о свойствах электронной подсистемы и является основною целью фотоэмиссионных исследований. При этом ее структура может быть представлена в виде [9,10] ( ) ( )2 2 1 ( , )( , ) ( ) ( , ) ( , ) A ′′Σ ω ω = − π ′ ′′ω− ε −Σ ω + Σ ω kk k k k . (2) Тут ( )ε k — «голая» дисперсия, которая определяет- ся упругим взаимодействием электронов с кристалли- ческой решеткой, а комплексная собственная энергия Σ — взаимодействием электронов с другими электро- нами или другими степенями свободы в кристалле (фононы, спиновые флуктуации) и содержит, таким об- разом, всю информацию о свойствах одночастичных возбуждений в коррелируемых системах. Действитель- ная часть определяет дисперсию частиц, а мнимая — затухание или, иначе говоря, время жизни. Зависимость мнимой части величины i′ ′′Σ = Σ + Σ от энергии является предметом исследования в настоящей работе. Рисунок 1 иллюстрирует, как эти величины могут быть определены из экспериментального спек- тра [5]. Для получения зависимости ′′Σ использовался ана- лиз кривых распределения по импульсу (MDC) [10], пример которой показан на рис. 1 [5,11]. Каждая MDC функция от энергии Ферми до точки Дирака аппрок- симировалась лоренцианом, положения пиков и значе- ния полуширин которого соответствуют зависимостям дисперсии и квазичастичного затухания от энергии ква- зичастиц. Пример кривой распределения по импульсу MDC(k) представлен на рис. 2. Составляющие аппроксимиру- ющей функции MDC_fit(k) изображены пунктирными линиями: MDC_fit( ) ( ) 1( ) 2( ) k Q k L k L k= + + = ( ) 2 2 2 1 1 2 2 1 0 2 2 2 2 1 1 1 2 ( ) ( ) A W A WQ k Q k k W k k W = + + + − + − + , (3) где 0Q , 1Q , 1A , 2A , 1W , 2W , 1k и 2k — параметры ап- проксимации. Аппроксимирующая функция представляет про- стейшую, физически обоснованную модель фотоэмис- сионных спектров [5,11] и состоит из трех слагаемых, содержащих минимально необходимый набор пара- метров. Первое слагаемое 2 1 0( ) ( )Q k Q k Q= + опреде- ляет фон. Тут выбрана квадратичная функция, так как фон должен влиять симметрично на электроны с им- пульсами противоположных знаков. Второе слагаемое Рис. 1. Различие между «голой» и экспериментальной дис- персией. Также показана взаимосвязь между MDC и состав- ляющими собственной энергии [5,11]. Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1 135 Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк 1( )L k является лоренцианом зоны поверхностных со- стояний, параметры которого 1k и 1W определяют ре- нормированную дисперсию поверхностных состояний и мнимую часть собственной энергии соответственно. Третье слагаемое 2( )L k также представлено лоренциа- ном и используется для учета влияния зоны объемных состояний. Поскольку целью данной работы было вы- деление и последующий анализ 1( )W ω , структура ап- проксимирующей функции была оптимизирована имен- но для определения этого параметра, а роль остальных слагаемых сводилась к улучшению точности аппрок- симации в окрестности пика поверхностных состоя- ний. В частности, разница в значениях 1W с учетом третьего слагаемого и без него составляет около 8%, однако разница при учете второго слагаемого в форме лоренциана или, например, гауссиана, составляет ме- нее 2%, что уже достаточно для достоверной иден- тификации особенностей, обсуждаемых в настоящей статье. Таким образом, хотя чувствительность 1( )W ω к вариации параметров незначительна, однако их учет необходим для точного определения параметров по- верхностных состояний. Рис. 3. Типичные ARPES спектры поверхностных состояний в топологических изоляторах. Рис. 2. Кривая распределения по импульсу и составляющие аппроксимирующей ее функции. 136 Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1 Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Зависимость ′′Σ от энергии строится по формуле 1( ) FW′′Σ = ω v . (4) Тут 1( )W ω — зависимость, полученная аппроксимацией экспериментальных MDC к формуле (3), Fv — ско- рость Ферми (производная энергии по импульсу, кото- рая находится с помощью аппроксимации дисперсион- ной кривой полиномом). Результаты и обсуждение На рис. 3 изображены ARPES спектры, которые анализировались в работе. Все спектры были получены на синхротроне BESSY на станциях «1^2» и «1^3» [8,12,13]. На спектрах видны ветки поверхностных состояний и между ними зоны объемных состояний, влияние ко- торых исследуется в настоящей работе. На рис. 3(в) зо- на объемных состояний почти не видна, что обуслов- лено влиянием матричных элементов. Дисперсионные зависимости, полученные после ап- проксимации, изображены на рис. 4. Можно заметить, что дисперсии двух топологических изоляторов суще- ственно отличаются. Это обусловлено разной концен- трацией поверхностных электронов. На рис. 5 изображена кривая квазичастичного зату- хания ( )′′Σ ω , полученная из анализа первого спектра (рис. 3(а)). График предварительно был сглажен для того, чтобы выделить характерные области. Можно вы- делить две характерных ступеньки, которые, по-види- мому, соответствуют границам двух вкладов в ква- зичастичное затухание, которое включает в себя как внутризонное (поверхность–поверхность), так и меж- зонное (поверхность–объем) рассеяние поверхностных квазичастиц на примесях, фононах и в результате элек- трон-электронного взаимодействия. Соответствующие вклады обозначены на рис. 5. Рассеяние на примесях пропорционально плотности электронных состояний, поэтому первая ступенька в рассеянии (1 на рис. 5) может быть связана только с краем объемной зоны проводимости и, соответственно, описываться зависимостью imp bΣ . Спектр электрон-фононного взаимодействия ограни- чен частотой Дебая [14], поэтому его вклад тоже должен иметь форму ступеньки: ph bΣ будет сверткой фононного спектра и плотности состояний объемной зоны и, сле- довательно, начало поглощения будет смещено по энергии на частоту Дебая, что хорошо объясняет вто- рую ступеньку (2 на рис. 5). Поскольку фононный спектр имеет ярко выраженные пики, соответствующие оптическим фононам, ожидается появление этой струк- туры и при затухании. Однако для установления дан- ного соответствия требуется лучшая статистика. Оставшиеся вклады в затухание связаны с электрон- электронным рассеянием, которое приводит к квадра- тичной зависимости ( )′′Σ ω , поэтому сумма el ph el s s bΣ + Σ + Σ может быть аппроксимирована квадратичной функци- ей, как показано на рис. 5. Для подтверждения предположения о происхождении ступенек на графике ( )′′Σ ω проанализированы спектры других образцов, которые изображены на рис. 3. На рис. 6 приведены кривые квазичастичного затухания для Bi2Se3 и Bi2Te2Se. Для селенида висмута (рис. 6, кривые а и б) предпо- ложение о происхождении ступенек подтверждено, сдвиг ступенек обусловлен изменением химического потенциала из-за легирования медью первого образца (рис. 6, кривая а). Этот небольшой сдвиг при сохране- нии общей формы зависимости подтверждает тот факт, что характер рассеяния не меняется при легировании. Рис. 4. Дисперсионные зависимости топологических изо- ляторов. Рис. 5. Составляющие квазичастичного рассеяния для перво- го спектра. Рассеяние поверхностных электронов: на фоно- нах в объемное состояние ph bΣ , на примесях в объемное со- стояние imp bΣ , на электронах в поверхностное и объемное состояния и на фононах в поверхностное состояние el ph el s s bΣ + Σ + Σ , на примесях в поверхностное состояние imp sΣ , разрешающая способность прибора (Разрешение). Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1 137 Ю.В. Топоров, А.А. Кордюк Для Bi2Te2Se различия между кривыми квазича- стичного рассеяния являются более заметными. Изме- рения проводились на одном образце в разное время и при разных условиях. Со временем в этих соединениях на поверхности образуется двумерный электронный газ с поверхностной деградацией [4,15]. Результат появле- ния двумерного электронного газа показан на рис. 3(г) как параболическая дисперсия поверх объемных со- стояний. На кривой квазичастичного рассеяния этот эффект можно наблюдать как увеличение ′′Σ возле точки Ферми (3 на рис. 6, кривая г), это является ре- зультатом рассеяния поверхностных электронов на фо- нонах в объемные и поверхностные состояния двумер- ного электронного газа. Ступенька 1 так же, как и для Bi2Se3, объясняется рассеянием в объемное состояние на примесях. Фононное взаимодействие представляет собой свертку фононного спектра и плотности элек- тронных состояний, поэтому в этом случае начало за- тухания сдвигается на 0,1 эВ влево по сравнению со ступенькой 1 (второй пик на 0,22 эВ− ), что является характерной энергией фононов. На рис. 6, кривая в вторая ступенька ( 0,30 эВω=− ) не связана с фононным взаимодействием (расстояние до второго шага состав- ляет более 0,15 эВ), так как данная энергия превышает возможную энергию фононов. Объяснение этой особен- ности требует дальнейших исследований. Выводы Используя улучшенную процедуру аппроксимации ARPES спектров, показано, что время жизни поверх- ностных топологических состояний в топологических изоляторах на основе Bi2Se3 и Bi2Te2Se коррелирует с плотностью объемных электронных состояний и фо- нонным спектром. А именно, появление ступенек обу- словлено рассеянием поверхностных электронов на при- месях и фононах в объемные состояния. Можно также утверждать, что оба межзонных вклада сравнимы с упругим внутризонным рассеянием поверхностных ква- зичастиц. ________ 1. M.Z. Hasan and C.L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010). 2. P. Roushan, J. Seo, C.V. Parker, Y.S. Hor, D. Hsieh, D. Qian, A. Richardella, M.Z. Hasan, R.J. Cava, and A. Yazdani, Nature 460, 1106 (2009). 3. D. Hsieh, Y. Xia, D. Qian, L. Wray, J.H. Dil, F. Meier, J. Osterwalder, L. Patthey, J.G. Checkelsky, N.P. Ong, A.V. Fedorov, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, Y.S. Hor, R.J. Cava, and M.Z. Hasan, Nature 460, 1101 (2009). 4. M. Bianchi, D. Guan, S. Bao, J. Mi, B.B. Iversen, P.D.C. King, and P. Hofmann, Nat. Commun. 1, 128 (2010). 5. A.A. Кордюк, ФНТ 40, 375 (2014) [Low Temp. Phys. 40, 286 (2014)]. 6. A.A. Kordyuk and S.V. Borisenko, ФНТ 32, 401 (2006) [Low Temp. Phys. 32, 298 (2006)]. 7. A.A. Kordyuk, V.B. Zabolotnyy, D.V. Evtushinsky, D.S. Inosov, T.K. Kim, B. Büchner, and S.V. Borisenko, Eur. Phys. J. Special Topics 188, 153 (2010). 8. A.A. Kordyuk, V.B. Zabolotnyy, D.V. Evtushinsky, T.K. Kim, B. Büchner, I.V. Plyushchay, H. Berger, and S.V. Borisenko, Phys. Rev. B 85, 075414 (2012). 9. A.A. Kordyuk, S.V. Borisenko, A. Koitzsch, J. Fink, M. Knupfer, and H. Berger, Phys. Rev. B 71, 214513 (2005). 10. T. Valla, A.V. Fedorov, P.D. Johnson, B.O. Wells, S.L. Hulbert, Q. Li, G.D. Gu, and N. Koshizuka, Science 285, 2110 (1999). 11. D.V. Evtushinsky, A.A. Kordyuk, S.V. Borisenko, V.B. Zabolotnyy, M. Knupfer, J. Fink, B. Buchner, A.V. Pan, A. Erb, C.T. Lin, and H. Berger, Phys. Rev. B 74, 172509 (2006). 12. A.A. Kordyuk, T.K. Kim, V.B. Zabolotnyy, D.V. Evtushinsky, M. Bauch, C. Hess, B. Büchner, H. Berger, and S.V. Borisenko, Phys. Rev. B 83, 081303 (2011). 13. S.V. Borisenko, V.B. Zabolotnyy, A.A. Kordyuk, D.V. Evtushinsky, T.K. Kim, E. Carleschi, B.P. Doyle, R. Fittipaldi, M. Cuoco, A. Vecchione, and H. Berger, J. Vis. Exp. 68, e50129 (2012). 14. R.C. Hatch, M. Bianchi, D. Guan, S. Bao, J. Mi, B.B. Iversen, L. Nilsson, L. Hornekær, and P. Hofmann, Phys. Rev. B 83, 241303 (2011). 15. M.S. Bahramy, P. King, A. de la Torre, J. Chang, M. Shi, L. Patthey, G. Balakrishnan, P. Hofmann, R. Arita, N. Nagaosa, and F. Baumberger, Nat. Commun. 3, 1159 (2012). ___________________________ Рис. 6. Кривые квазичастичного затухания ( )′′Σ ω для Bi2Se3 (кривые а и б) и Bi2Te2Se (кривые в и г). 138 Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1 https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.3045 https://doi.org/10.1038/nature08308 https://doi.org/10.1038/nature08234 https://doi.org/10.1038/ncomms1131 https://doi.org/10.1063/1.2199429 https://doi.org/10.1140/epjst/e2010-01303-3 https://doi.org/10.1140/epjst/e2010-01303-3 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.075414 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.214513 https://doi.org/10.1126/science.285.5436.2110 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.172509 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.081303 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.241303 https://doi.org/10.1038/ncomms2162 Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах Механізми розсіяння поверхневих електронів в топологічних ізоляторах Ю.В. Топоров, О.А. Кордюк Особливістю топологічних ізоляторів є наявність елект- ронних топологічно захищених квазічастинкових поверхне- вих станів, винятково стійких до наявності домішок, однак структуру спектра розсіяння поверхневих квазічастинок ви- вчено слабко. Мета роботи — визначення структури власної енергії поверхневих станів з аналізу фотоемісійних спектрів. Зокрема, детально досліджено уширення цих станів в залеж- ності від енергії зв’язку у Bi2Se3 та Bi2Te2Se — найбільш дос- ліджених топологічних ізоляторах. Виявлена сходинкова структура уширення дозволила виділити внески пружного та непружного міжзонного розсіяння (поверхня–об’єм) до ква- зічастинкової власної енергії та показати, що воно порівнян- не з пружним внутрішньозонним розсіянням. Ключові слова: топологічний ізолятор, ARPES спектр, розсі- яння електронів. Scattering mechanisms of surface electrons in topological insulators Yu.V. Toporov and O.A. Kordyuk The uniqueness of topological insulators is in the presence of the topologically protected quasiparticle surface states, which are exceptionally resistant to presence of impurities, nevertheless the structure of the scattering spectrum of topological quasiparticles is not well studied. The aim of the work — determination of the surface states self-energy from photoemission spectra analysis. In particular, the binding energy dependence of the broadening of these states has been studied in detail in Bi2Se3 and Bi2Te2Se — the most explored topological insulators. The revealed stair- structure of the broadening made it possible to distinguish the contributions of the elastic and inelastic interband scattering (sur- face to bulk) to quasiparticle self-energy and to show that these contributions are comparable with the elastic intraband scattering. Keywords: topological insulator, ARPES spectrum, electron scat- tering. Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2019, т. 45, № 1 139 Введение Методика эксперимента Результаты и обсуждение Выводы

Механизмы рассеяния поверхностных электронов в топологических изоляторах

Репозитарії

Схожі ресурси