Поверхностные состояния топологических изоляторов

Топологические электронные состояния были предсказаны Б.А. Волковым и О.А. Панкратовым в 1985 г. как пограничные состояния в инверсном контакте между полупроводниками IV—VI со взаимно инвертированными зонами. Как стало ясно впоследствии, "инвертированный" полупроводник SnTe является топологическим изолятором и инверсный контакт служит примером топологически нетривиальной границы. Обсуждаются основные результаты работы Б.А. Волкова и О.А. Панкратова 1985 года и рассматривается, чем модель инверсного контакта может быть полезна для объяснения тесной связи между топологически нетривиальной зонной структурой в объёме и топологическими состояниями на поверхности. Модель инверсного контакта даёт определённые преимущества для более глубокого понимания этой связи, поскольку она допускает аналитическое решение. Неоднородная полупроводниковая структура описывается с помощью эффективного гамильтониана Дирака для материалов IV—VI, полученного аналитически из модели сильной связи. Это позволяет проследить связь между топологическими поверхностными состояниями и зонами в объёме. В результате спиновая текстура поверхностных состояний может быть явно выражена через объёмные характеристики. Оказывается, что спиновой текстурой можно управлять, изменяя изгиб зон на поверхности. В связи с нетривиальной спиновой поляризацией на поверхности интересно рассмотреть взаимодействие Рудермана—Киттеля—Касуи—Иосиды (РККИ) магнитных адатомов, которое может служить локальным зондом для спинового распределения. Это взаимодействие имеет гораздо более сложную структуру, чем в случае обычного неполяризованного ферми-газа. Аналитическая теория позволяет получить явную связь между РККИ-взаимодействием на поверхности топологического изолятора и параметрами объёмного спектра.

Текст pdf (1,5 Мб)

Скачивая файл я соглашаюсь с условиями использования.

English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.12.038307

Ключевые слова: топологические изоляторы, топологические поверхностные состояния, инверсный контакт, спиновая текстура
PACS: 73.20.−r, 73.40.Lq, 73.43.Cd (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.12.038307
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2018/11/k/
Web of Science

000457154900010
Scopus

2-s2.0-85062295444
ADS NASA

2018PhyU...61.1116P
Цитата: Панкратов О А "Поверхностные состояния топологических изоляторов" УФН 188 1226–1237 (2018)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 29 января 2018, одобрена в печать: 13 декабря 2017

English citation: Pankratov O A “Understanding surface states of topological insulators” Phys. Usp. 61 1116–1126 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.12.038307

Список литературы (24) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (10) Похожие статьи (20)

Hasan M Z, Kane C L Rev. Mod. Phys. 82 3045 (2010)
Ando Y J. Phys. Soc. Jpn. 82 102001 (2013)
Qi X-L, Zhang S-C Rev. Mod. Phys. 83 1057 (2011)
Волков Б А, Панкратов О А Письма в ЖЭТФ 42 145 (1985); Volkov B A, Pankratov O A JETP Lett. 42 178 (1985)
Tchoumakov S et al Phys. Rev. B 96 201302(R) (2017)
Inhofer A et al Phys. Rev. B 96 195104 (2017)
Hsieh D Y et al Nature 460 1101 (2009)
Liu J, Duan W, Fu L Phys. Rev. B 88 241303(R) (2013)
Fu L Phys. Rev. Lett. 106 106802 (2011)
Teo J C Y, Fu L, Kane C L Phys. Rev. B 78 045426 (2008)
Tanaka Y et al Nature Phys. 8 800 (2012)
Hsieh T H et al Nature Commun. 3 982 (2012)
Tanaka Y et al Phys. Rev. B 88 235126 (2013)
Yan C et al Phys. Rev. Lett. 112 186801 (2014)
Shi Y et al Phys. Rev. B 90 235114 (2014)
Волков Б А, Панкратов О А ЖЭТФ 75 1362 (1978); Volkov B A, Pankratov O A Sov. Phys. JETP 48 687 (1978)
Волков Б А, Панкратов О А, Сазонов А В ЖЭТФ 85 1395 (1983); Volkov B A, Pankratov O A, Sazonov A V Sov. Phys. JETP 58 809 (1983)
Zhang F, Kane C L, Mele E J Phys. Rev. B 86 081303(R) (2012)
Buczko R, Cywiński L Phys. Rev. B 85 205319 (2012)
Klier N, Sharma S, Pankratov O, Shallcross S arXiv:1702.08784
Pankratov O A, Pakhomov S V, Volkov B A Solid State Commun. 61 93 (1987)
Pankratov O A Semicond. Sci. Technol. 5 S204 (1990)
Klier N, Sharma S, Pankratov O, Shallcross S arXiv:1711.10760
Taskin A A et al Phys. Rev. B 89 121302(R) (2014)