14. Топологические изоляторы
Нелинейный транспорт в топологических изоляторах
1, 1, H. Plank2, S. D. Ganichev2
1 Физико-технический институт им. РАН, Санкт-Петербург, Россия.
2 Terahertz Center, University of Regensburg, Germany.
эл. почта: *****@***ioffe. ru
Исследованы фототоки, генерируемые при поглощении терагерцового излучения дираковскими фермионами на поверхности трёхмерных топологических изоляторов. При нормальном падении возникает постоянный ток, обусловленный фотогальваническим эффектом, определяемый ориентацией плоскости линейной поляризации относительно кристаллографических осей топологического изолятора [1]. В отличие от линейного транспорта, в котором часто вклад поверхностных состояний невозможно отделить от объёмного, фотогальванический эффект в объёме запрещён симметрией. В результате фотогальванический ток возникает только из-за поверхностных состояний и несёт информацию об их кинетических и оптоэлектронных свойствах.
С учётом низкой (C3v) симметрии поверхности установлены феноменологические соотношения между направлением фототока и состоянием поляризации излучения. При наклонном падении фотогальванический ток убывает: jPGE~cosи (и – угол падения), однако возникает фототок, также определяемый тригональной симметрией системы, который вызван конкурирующим механизмом – эффектом фотонного увлечения. Этот сигнал растёт как jdrag~sin2и. Зависимость обоих вкладов от угла падения излучения в образце Sb2Te3 представлена на Рисунке. Аналогичная картина наблюдается и в другом топологическом изоляторе – Bi2Te3.
Построена микроскопическая теория фотогальванического эффекта, базирующаяся на асимметрии упругого рассеяния дираковских фермионов. Асимметрия рассеяния на дефектах получена с учётом межзонного смешивания блоховских состояний. Проведённая оценка фототока совпадает по порядку величины с измеренными значениями. Для эффекта увлечения предложен механизм, учитывающий как гофрировку энергетического спектра, возникающую за рамками дираковской модели, так и модификацию вероятности упругого рассеяния электрическим полем излучения. Для обоих фототоков рассчитаны частотные зависимости, совпадающие с наблюдаемыми на эксперименте.
Литература[1] P. Olbrich, L. E. Golub, T. Herrmann, S. N. Danilov, H. Plank, V. V. Bel’kov, G. Mussler, Ch. Weyrich, C. M. Schneider, J. Kampmeier, D. Grьtzmacher, L. Plucinski, M. Eschbach, and S. D. Ganichev, Phys. Rev. Lett. 113, 096601 (2014).
