Исследование влияния сверхпроводящей плёнки на электронную структуру топологического изолятора

Миграция топологического поверхностного состояния из подложки топологического изолятора в слой адсорбата является желанной целью, поскольку это означает, что защищённые топологией свойства подложки могут быть переданы адсорбированному материалу.

Такие области исследований, как сверхпроводимость, майорановская физика или спинтроника, могут получить большую выгоду от спин-орбитальной текстуры или от устойчивости к беспорядку и дефектам, унаследованной от топологически-нетривиальной электронной структуры подложки. Ранние работы о поведении топологического состояния при нанесении плёнки сверхпроводящего свинца носят противоречивый характер. В настоящей работе были проведены экспериментальные и теоретические исследования границы раздела Pb/Bi₂Se₃. В результате исследования дан ответ на вопрос о всплытии топологического поверхностного состояния поверх слоя свинца.

Фотоэмиссионное исследование интерфейса Pb/Bi₂Se₃ при различных температурах и условиях покрытия адсорбата, позволило нам продемонстрировать, что данные, представленные в литературе, могут быть связаны с явлением поверхностной диффузии, проявляемой атомами Pb приводящей к разрушению связности адслоя. Расчёты в рамках теории функционала плотности показывают, что, несмотря на специфическое расположение атомов на границе раздела, топологическое поверхностное состояние не может всплывать в слой адсорбата, а смещается вглубь подложки из-за отрицательного изгиба интерфейсного потенциала.

(a) Структура границы раздела 1 ML Pb/Bi2Se3-6/5 × 6/5, вид сбоку. (b) Потенциальный изгиб внутри слэба Bi2Se3. (c) Поверхностная электронная структура интерфейса 1 ML Pb/Bi2Se3. Пространственные распределения поверхностных состояний I, II и III показаны справа

Работа частично выполнена в рамках государственного задания Института физики прочности и материаловедения СО РАН, тема № FWRW-2022-0001. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Materials.

Источник: ИФПМ СО РАН.