穀研試劑-拓撲絕緣體常溫常壓下表麵態行為研究取得進展

拓撲絕緣體常溫常壓下表麵態行為研究取得進展

　　不同於(yu) 傳(chuan) 統意義(yi) 上的“金屬”或“絕緣體(ti) ”，拓撲絕緣體(ti) 代表一種全新的量子物態：它的體(ti) 態是有能隙的半導體(ti) /絕緣體(ti) ，表麵則表現為(wei) 沒有能隙的金屬態。這種*由材料體(ti) 態電子結構的拓撲性質所決(jue) 定的表麵態，由於(yu) 受到對稱性的保護，基本不受雜質或無序的影響，因此非常穩定。拓撲絕緣體(ti) 的研究對探索和發現新的量子現象，以及在自旋電子學和量子計算等領域的潛在應用都具有重要意義(yi) 。

　　角分辨光電子能譜是直接探測拓撲絕緣體(ti) 表麵態的主要實驗手段，掃描隧道顯微鏡也在拓撲絕緣體(ti) 表麵態的研究中發揮了重要作用。但這些實驗手段都是在超高真空條件下實現的，對新鮮清潔樣品表麵的測量。另一方麵，對表麵態輸運性質的測量以及光學性質的測量，樣品表麵一般是一直暴露在空氣中或曾在空氣中暴露過。對拓撲絕緣體(ti) 的應用而言，也必須考慮暴露空氣的影響。那麽(me) ，對於(yu) 空氣中暴露過的拓撲絕緣體(ti) ，它的表麵態還存在嗎?空氣對表麵態有怎樣的影響呢?

　　中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)超導國家重點實驗室周興(xing) 江研究組博士生陳朝宇與(yu) 凝聚態理論與(yu) 材料計算實驗室方忠、戴希研究組翁紅明博士等合作，利用自主研製的真空紫外激光角分辨光電子能譜係統，對典型的三維拓撲絕緣體(ti) Bi2Se3和Bi2Te3在暴露空氣後的表麵態電子結構進行了研究，對以上問題給出了明確答案。

　　周興(xing) 江研究組首長出了一係列高質量的Bi2(Te,Se)3拓撲絕緣體(ti) 單晶樣品，實現了樣品體(ti) 態載流子從(cong) 電子型到空穴型的演變。對真空解理樣品的光電子能譜研究中，他們(men) 發現Se摻雜量的不同會(hui) 引起材料體(ti) 態和表麵態能帶結構及載流子濃度的顯著變化(圖)。隨後，他們(men) 對在空氣中或氮氣中暴露過的拓撲絕緣體(ti) 表麵態進行測量(圖2，3，4)。

　　首先，研究人員發現暴露空氣之後的拓撲絕緣體(ti) 的拓撲表麵態依然存在，直接證明了空氣環境中拓撲序的穩定性;其次，暴露空氣之後材料的表麵態電子結構發生了顯著的變化，表現出明顯的電子摻雜，導致表麵態能帶整體(ti) 向結合能更大的方向移動，費米麵也相應地產(chan) 生了顯著變化;zui後，非常有趣的是，在拓撲絕緣體(ti) 的表麵，產(chan) 生了與(yu) 表麵態共存的額外的量子阱態。研究發現，通常的能帶彎曲模型不能解釋量子阱態既在價(jia) 帶又在導帶出現的情形，並提出一種新的理解量子阱態形成的圖像。