Объяснение взаимодействия между поверхностными состояниями Дирака и Рашбы возникающими в немагнитных и магнитных топологически нетривиальных сверхрешетках

Трехмерный топологический изолятор (3D ТИ) характеризуется поверхностными состояниями с дираковской дисперсией, возникающими из-за сильного спин-орбитального взаимодействия и эти остояния защищены симметрией обращения времени. К таким материалам относятся и сверхрешётки, образованные чередующимися квинтетными (QL) и септетными (SL) ван дер ваальсовые (vdW) блоками, которые ранее были теоретически предсказаны и экспериментально изучены. В зависимости от поверхностного окончания поверхностные состояния в таких сверхрешётках демонстрируют сложную зависимость пространственного распределения от импульса и большую глубину локализации. В настоящей работе мы показали, что в сверхрешетках, содержащих чередующиеся QL и SL vdW-блоки, состояние Дирака сопровождается возникающими спин-поляризованными состояниями типа Рашбы. Эта особенность обусловлена неэквивалентностью поверхностных и подповерхностных структурных блоков и изгибом электростатического потенциала вблизи поверхности. Мы анализируем особенности этих состояний в зависимости от поверхностного окончания, структурных параметров и химического состава. Установлено, что их возможная гибридизация с дираковским состоянием существенно влияет на его дисперсию и пространственную локализацию. Мы анализируем влияние собственного магнетизма на поведение поверхностных состояний, зависящих от окончания, для магнитных сверхрешеток QL/SL. Эти результаты позволяют лучше понять существующие экспериментальные наблюдения таких чередующихся сверхрешеток QL/SL.

Работа частично выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема № FWRW-2022-0001.

I. A. Shvets, E. V. Chulkov, and S. V. Eremeev, Interplay between Dirac and Rashba surface states specific for topologically nontrivial van derWaals superlattices, Physical Review B 110, 205113 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevB.110.205113