Propriétés spectroscopiques des hétérojonctions topologiques

par Xin Lu

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Mark Oliver Goerbig.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Solides (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    Matériaux topologiques sont une nouvelle classe de matériaux qui attire beaucoup d'attention dans la communauté grâce à la propriété exotique : correspondance volume-bord. Un isolant topologique, par exemple, possède des états métalliques au bord mais un gap dans le volume. En plus, ces états de bords sont chiraux avec la direction bien définie. Une étude récente dans notre groupe a montré que de nouveaux états émergent à l'interface entre l'isolant topologique et l'isolant trivial douce. Bien que ces états soient bien compris sur le plan théorique dans une analogie avec les bandes dites de Landau qui apparaissent généralement en présence d'un champ magnétique, les preuves expérimentales sont encore rares. Une première expérience, menée par nos collaborateurs du LPA, ENS-Paris, a dévoilé les signatures de ces états supplémentaires dans les mesures de transport électronique. La thèse a pour objectif d'étudier théoriquement la signature de ces états de surface supplémentaires en magnéto-optique spectroscopie. Cette technique expérimentale, utilisée par exemple par nos collaborateurs du laboratoire de Grenoble, permet de sonder les transitions interbandes que nous pensons être une signature claire des états de surface dont l'énergie est inférieure à la bande interdite habituelle.

  • Titre traduit

    Spectroscopic properties of topological heterojunctions


  • Résumé

    Topological materials are a novel class of matter under extensive study in modern condensed-matter physics. A particularly intriguing property of topological materials is the bulk-edge correspondence in that the topological characteristics (invariants) in the bulk govern the electronic properties at the edge. A topological insulator, for example, is thus accompanied by metallic edge states (or surfaces if the topological insulator is a three dimensional material). These edge states are chiral in that the current carried by them has a well-defined direction. Recent theoretical studies in our group have shown that if the surface of a topological material is smooth, additional states can emerge beyond the chiral ones. While these states are well understood on the theoretical level within an analogy with so-called Landau bands that usually arise in the presence of a magnetic field, experimental evidence is yet sparse. A first seminal experiment, carried out by our collaborators at LPA, ENS-Paris, has unveiled signatures of these additional states in electronic transport measurements. The aim of the thesis is to study theoretically the signature of these additional surface states in magneto-optical spectroscopy. This experimental technique, used for example by our collaborators at the Grenoble High-Field Lab, allows one to probe interband transitions that we expect to be a clear signature of the surface states the energy of which is smaller than the usual bulk band gap.