Estructura de banda dependiente del espesor de películas delgadas de PtTe2 y textura de giro helicoidal de cristal PtTe2 a granel Crédito:© Science China Press
Dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) formados por metales del grupo 10 (por ejemplo, PtSe 2 , PtTe 2 ) han surgido como materiales importantes con propiedades intrigantes descubiertas tanto en monocristales a granel como en películas atómicamente delgadas. Mientras que PtSe a granel 2 y PtTe 2 son semimetales de Dirac de tipo II, monocapa (ML) PtSe 2 La película es un semiconductor con textura de giro helicoidal inducida por el efecto local Rashba. Sin embargo, las propiedades del PtTe atómicamente delgado 2 Las películas y la evolución con el espesor de la película permanecen inexploradas. Recientemente, El grupo de Shuyun Zhou de la Universidad de Tsinghua informó un estudio sistemático sobre la estructura electrónica de PtTe de alta calidad 2 películas delgadas con espesores de 2 ML a 6 ML cultivadas por epitaxia de haz molecular (MBE). Este trabajo proporciona evidencia experimental directa de un cruce de metal 2-D (película de 2ML, distinguido del semiconductor PtSe 2 película) a semimetal de Dirac 3D en PtTe 2 películas con textura de giro inducida por efecto local Rashba.
A granel PtTe 2 cristal, Se encuentra que los fermiones de Dirac sin masa emergen en los puntos de contacto topológicamente protegidos de las bolsas de electrones y huecos. El cono de Dirac fuertemente inclinado a lo largo de la dirección del impulso fuera del plano rompe la invariancia de Lorentz y, por lo tanto, las excitaciones de baja energía son fermiones de Dirac que no tienen contrapartida en la física de altas energías. Su trabajo anterior muestra que el material isoestructural PtSe 2 es también un semimetal de Dirac tipo II, y hay una transición de semiconductor semimetal-semiconductor de Dirac 3-D con espesor decreciente. Además, PtSe monocapa 2 muestra una interesante textura de giro helicoidal inducida por el efecto local Rashba (R-2) a pesar de que la película monocapa en sí es centrosimétrica. Se esperaba que tal textura de espín oculta inducida por el efecto local Rashba proporcionara una plataforma importante para realizar una nueva superconductividad topológica con paridad impar si se puede inducir la superconductividad con emparejamiento de ondas S. Sin embargo, considerando que PtSe monocapa 2 es un semiconductor con un gran espacio de 1,2 eV, es difícil sintonizar la energía de Fermi en un rango tan grande para convertirla en un superconductor. Por lo tanto, es fundamental encontrar una película centrosimétrica similar con un efecto local Rashba pero con una propiedad metálica, que puede proporcionar una mejor oportunidad para realizar la superconductividad topológica.
En este trabajo, usando ARPES, El grupo de Shuyun Zhou detecta directamente la estructura electrónica de PtTe 2 películas delgadas con diferentes espesores, y dispersión de banda metálica observada de PtTe 2 películas delgadas incluso hasta 2 ML. Un crossover de 2-D metal (2ML, se distingue del PtSe semiconductor de 2 ML 2 película) a semimetal 3-D Dirac también se revela. La dispersión electrónica exhibe un fuerte espesor dependiente:al aumentar el espesor de la película, los bolsillos en forma de V en el nivel de Fermi en películas de 2 ML y 3 ML se mueven hacia abajo en energía y finalmente tocan el bolsillo en forma de agujero con una energía de unión más alta, que conduce a la formación de fermiones de Dirac tipo II tridimensionales en películas de 4-6 ML, que muestran una dispersión similar a la del cristal a granel y, por tanto, son efectivamente un semimetal topológico. Otras mediciones de spin-ARPES en PtTe 2 Los cristales a granel revelan una textura de giro helicoidal inducida por el efecto local de Rashba. Dado que el efecto Rashba está determinado por la simetría del cristal y el volumen y la película delgada PtTe 2 comparten la misma simetría, También se espera una textura de giro similar por efecto local Rashba en PtTe 2 Peliculas delgadas.
Esta investigación sistemática sobre PtTe 2 películas delgadas con espesor controlado ofrece una plataforma única para estudiar las películas delgadas metálicas con efecto local Rashba, y abre oportunidades para investigar más a fondo las intrigantes propiedades, p.ej. superconductividad inducida por dopaje o superconductividad topológica.
