Nature：准一维β-Bi4I4中存在弱拓扑绝缘态

初学者

2019-02-12

过去十年，拓扑材料的重大突破都基于Z₂型拓扑绝缘体的发现，后者是一类内部绝缘，表面导电的材料。在三维空间，拓扑绝缘体分为强/弱拓扑绝缘体，且实验很快证实了对强拓扑绝缘体的理论预测。相比之下，弱拓扑绝缘体（WTI）尚未被实验证实，因为拓扑表面态只出现在特定侧端面上，一般情况下无法在实际的三维晶体中检测。

有鉴于此，东京大学Takeshi Kondo和东京工业大学T. Sasagawa等人从实验上证明了β-Bi₄I₄中存在WTI态。特别之处在于，该晶体具有明显自然劈裂的上端面和侧端面——通过范德华力堆叠，这对实验上实现WTI态十分有利。作者在侧端面（100晶面）发现准一维狄拉克拓扑表面态——WTI态的决定性特征，而上端面（001晶面）不具有拓扑表面态。作者同时发现，接近室温下，β至α的晶相转变驱动了拓扑相变——从非平凡WTI至普通绝缘体。上述弱拓扑相可看做三维方向上堆积的量子自旋霍尔绝缘体，将为受益于高度定向、密集自旋电流的技术打下基础。

（激光角分辨光电子能谱仪测得的α-和β-Bi₄I₄能带结构）

Noguchi R, Takahashi T, Kuroda K, et al. A weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide. Nature, 2019.

DOI: 10.1038/s41586-019-0927-7

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0927-7#auth-22