Механизм открытия щели в точке Дирака в электронном спектре Gd-допированного топологического изолятора

Research output

Abstract

Методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением проведены исследования электронной структуры в области точки Дирака для магнитно-допированного топологического изолятора Bi1.09Gd0.06Sb0.85Te3 при различных температурах (выше и ниже температуры Нееля, 1-35 K) и поляризациях синхротронного излучения. Показано наличие энергетической щели в точке Дирака, формируемой в фотоэмиссионных спектрах, которая остается открытой выше температуры дальнодействующего магнитного упорядочения, TH. Измерения магнитных свойств методом сверхпроводящей магнитометрии показали антиферромагнитное упорядочение с температурой перехода в парамагнитную фазу, равной 8.3 K. Исследования температурной зависимости интенсивности состояний конуса Дирака методом фотоэлектронной спектроскопии подтвердили наличие магнитного перехода и показали возможность его индикции непосредственно из фотоэмиссионных спектров. Более детальный анализ величины расщепления между состояниями верхнего и нижнего конусов Дирака (т. е. величины энергетической щели) в точке Дирака в фотоэлектронных спектрах показал зависимость щели в точке Дирака от типа поляризации синхротронного излучения (28-30 meV для p-поляризации и 22-25 meV для циркулярно-поляризованного излучения противоположной хиральности). В работе предложен механизм открытия щели в точке Дирака выше TH вследствие спаривания" дираковских фермионов с противоположным импульсом и спиновой ориентацией в результате их взаимодействия со спиновой текстурой, формируемой непосредственно в процессе фотоэмиссии в области фотоэмиссионной дырки на атоме магнитной примеси (Gd). Было показано, что щель в точке Дирака, измеряемая выше TH является динамической и формируется непосредственно в процессе фотоэмиссии. При этом природа щели остается магнитной (даже при отсутствии дальнодействующего магнитного упорядочения) и обусловлена свойствами магнитного топологического изолятора, что и определяет практически неизменность величины щели при переходе через TH. Подтверждением динамического характера генерируемой щели является зависимость ее величины от поляризации синхротронного излучения. Ключевые слова: антиферромагнитный топологический изолятор, фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением, фотоиндуцированная намагниченность.
Original languageRussian
Pages (from-to)285-296
JournalФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Volume62
Issue number2
Early online date20 Jan 2020
Publication statusE-pub ahead of print - 20 Jan 2020

Cite this