ИСТИНА

В работе предложен метод детектирования протяженных поверхностных электронных состояний, включая топологические. Метод основан на измерениях фотоэлектромагнитного эффекта с использованием импульсного терагерцового лазерного излучения. В отличие от обычных транспортных измерений, метод нечувствителен к объемной проводимости. В качестве объекта исследований выбраны твердые растворы Pb1-xSnxSe и (Bi1-yIny)2Se3. Диапазон составов x включал как в область прямого (x<0.15 и y>0.06), так и инверсного (x>0.15 и y<0.06) спектра. В области составов, соответствующих инверсному спектру, рассматриваемые полупроводники являются топологическими изоляторами. Для исследования использовался метод, позволяющий анализировать характер диффузионных потоков, направленных от поверхности в объем полупроводника, при возбуждении носителей импульсами терагерцового лазера с длиной волны 90 и 148 мкм и с длительностью около 100 нс в условиях приложенного магнитного поля до 7 Тл. Температура образца изменялась от 4.2 до 20 К. Диффузионный поток возникал вследствие теплового возбуждения носителей в приповерхностном слое. Вектор магнитного поля, направленный перпендикулярно потоку падающего излучения, обеспечивал отклонение диффундирующих носителей в направлении силы Лоренца, создавая разность потенциалов, знак и напряженность которой зависят от направления и скорости диффузионного потока и приложенного магнитного поля. Показано, что протяженные поверхностные электронные состояния присутствуют в Pb1-xSnxSe как в области прямого, так и инверсного энергетического спектра. Таким образом, продемонстрировано, что даже в случае, когда наличие топологических состояний подтверждено экспериментами по ARPES, наблюдение высокоподвижных поверхностных электронных состояний не означает, что данные состояния являются топологическими. Могут существовать другие поверхностные высокопроводящие состояния, которые «скрывают» топологические в транспортных экспериментах. Единственным достоверным критерием, позволяющим приписать какой-то транспортный эффект влиянию топологических состояний, является наличие этого эффекта в образцах с инверсным спектром и его отсутствие в образцах с прямым спектром. Такому критерию удовлетворяют поверхностные состояния, обнаруженные в (Bi1-yIny)2Se3. Существуют особенности эффекта, различающиеся для прямого и инверсного спектра.