Struttura a bande dipendente dallo spessore dei film sottili di PtTe2 e struttura a rotazione elicoidale del cristallo di PtTe2 sfuso Credito:©Science China Press
Dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC) formati da metalli del gruppo 10 (ad esempio PtSe 2 , PtTe 2 ) sono emersi come materiali importanti con proprietà intriganti scoperte sia in cristalli singoli sfusi che in film atomicamente sottili. Mentre massa PtSe 2 e PtTe 2 sono semimetalli Dirac di tipo II, monostrato (ML) PtSe 2 il film è un semiconduttore con trama di spin elicoidale indotta dall'effetto Rashba locale. Però, le proprietà del PtTe . atomicamente sottile 2 film e l'evoluzione con lo spessore del film rimangono inesplorati. Recentemente, Il gruppo di Shuyun Zhou della Tsinghua University ha riportato uno studio sistematico sulla struttura elettronica del PtTe . di alta qualità 2 film sottili con spessore da 2 ML a 6 ML cresciuti mediante epitassia a fascio molecolare (MBE). Questo lavoro fornisce prove sperimentali dirette per un crossover da metallo 2-D (film 2ML, distinto dal semiconduttore PtSe 2 film) al semimetallo Dirac 3-D in PtTe 2 film con texture spin indotta dall'effetto Rashba locale.
Alla rinfusa PtTe 2 cristallo, Si è scoperto che fermioni di Dirac privi di massa emergono nei punti di contatto topologicamente protetti delle tasche di elettroni e lacune. Il cono di Dirac fortemente inclinato lungo la direzione del momento fuori dal piano rompe l'invarianza di Lorentz e quindi le eccitazioni a bassa energia sono fermioni di Dirac che non hanno controparti nella fisica delle alte energie. Il loro lavoro precedente mostra che il materiale isostrutturale PtSe 2 è anche un semimetallo Dirac di tipo II, e c'è una transizione semimetallo-semiconduttore 3-D Dirac con spessore decrescente. Inoltre, PtSe . monostrato 2 mostra un'interessante trama di spin elicoidale indotta dall'effetto Rashba locale (R-2) nonostante il fatto che il film monostrato stesso sia centrosimmetrico. Ci si aspettava che tale trama di spin nascosta indotta dall'effetto Rashba locale fornisse un'importante piattaforma per realizzare una nuova superconduttività topologica con parità dispari se fosse possibile indurre la superconduttività con l'accoppiamento di onde s. Però, considerando che PtSe . monostrato 2 è un semiconduttore con una grande dimensione del gap di 1.2 eV, è difficile sintonizzare l'energia di Fermi in un intervallo così ampio da renderlo un superconduttore. È quindi fondamentale trovare un film centrosimmetrico simile con un effetto Rashba locale ma con una proprietà metallica, che può fornire una migliore opportunità per realizzare la superconduttività topologica.
In questo lavoro, utilizzando ARPES, Il gruppo di Shuyun Zhou rileva direttamente la struttura elettronica di PtTe 2 film sottili di diverso spessore, e osservato dispersione banda metallica di PtTe 2 film sottili anche fino a 2 ML. Un crossover dal metallo 2-D (2ML, distinto dal PtSe . semiconduttore da 2 ML 2 film) al semimetallo 3-D Dirac viene anche rivelato. La dispersione elettronica mostra una forte dipendenza dallo spessore:con l'aumento dello spessore del film, le tasche a forma di V a livello di Fermi nei film da 2 ML e 3 ML si spostano verso il basso in energia e alla fine toccano la tasca a forma di buco con un'energia di legame più elevata, portando alla formazione di fermioni Dirac di tipo II tridimensionale in film di 4-6 ML, che mostrano una dispersione simile al cristallo sfuso e quindi sono effettivamente un semimetallo topologico. Ulteriori misurazioni spin-ARPES su PtTe 2 i cristalli sfusi rivelano una trama di spin elicoidale indotta dall'effetto Rashba locale. Poiché l'effetto Rashba è determinato dalla simmetria del cristallo e dalla massa e dal film sottile PtTe 2 condividono la stessa simmetria, una trama di spin simile per effetto Rashba locale è prevista anche in PtTe 2 pellicole sottili.
Questa indagine sistematica su PtTe 2 film sottili con spessore controllato offre una piattaforma unica per studiare i film sottili metallici con effetto Rashba locale, e apre opportunità per ulteriori indagini sulle proprietà intriganti, per esempio. Superconduttività indotta da drogaggio o superconduttività topologica.
