Strong and Weak Topology Probed by Surface Science: Topological Insulator Properties of Phase Change Alloys and Heavy Metal Graphene

Christian Pauly خواص توپولوژیکی قوی مواد تغییر فاز مرتبط با تکنولوژی Sb₂Te₃ و Ge₂Sb< را نشان می دهد. sub>2Te₅ با استفاده از دو تکنیک قدرتمند برای نقشه‌برداری ساختار الکترونیکی سطح: طیف‌سنجی تونل‌برداری روبشی (STS) و طیف‌سنجی انتشار نوری با تفکیک زاویه‌ای (ARPES). در مورد یک ماده تغییر فاز، این امکان سوئیچینگ بین فاز آمورف عایق و فاز توپولوژیکی رسانا را در مقیاس‌های زمان نانوثانیه باز می‌کند. علاوه بر این، نویسنده اولین نتایج تجربی یک عایق توپولوژیکی ضعیف را ارائه می‌کند، یعنی بر روی سیستم ورق گرافن مانند مبتنی بر بیسموت Bi₁₄Rh₃I_{9</ sub>، یک کانال لبه یک بعدی محافظت شده توپولوژیکی را به عنوان اثر انگشت خود نشان می دهد. حالت لبه به اندازه 0.8 نانومتر باریک است که آن را برای فیزیک دستگاه بسیار جذاب می کند. این عایق‌های توپولوژیکی قوی و ضعیف، فاز جدیدی از ماده کوانتومی هستند که باعث ایجاد حالت‌های مرزی قوی می‌شوند که از پراکندگی پس‌انداز و محلی‌سازی محافظت می‌شوند.}

Christian Pauly demonstrates the strong topological properties of the technologically relevant phase change materials Sb₂Te₃ and Ge₂Sb₂Te₅ by using two powerful techniques for mapping the surface electronic structure: scanning tunneling spectroscopy (STS) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). In the case of a phase change material, this opens up the possibility of switching between an insulating amorphous and a conducting topological phase on nanosecond-time scales. Moreover, the author presents first experimental results of a weak topological insulator, namely on the bismuth-based graphene-like sheet system Bi₁₄Rh₃I₉, revealing a topologically protected one-dimensional edge channel as its fingerprint. The edge state is as narrow as 0.8 nm, making it extremely attractive to device physics. Those strong and weak topological insulators are a new phase of quantum matter giving rise to robust boundary states which are protected from backscattering and localization.