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Wang, Jimin ; Gorini, Cosimo ; Richter, Klaus ; Wang, Zhiwei ; Ando, Yoichi ; Weiss, Dieter

Two-Dimensional-Dirac Surface States and Bulk Gap Probed via Quantum Capacitance in a Three-Dimensional Topological Insulator

Wang, Jimin , Gorini, Cosimo, Richter, Klaus, Wang, Zhiwei, Ando, Yoichi und Weiss, Dieter (2020) Two-Dimensional-Dirac Surface States and Bulk Gap Probed via Quantum Capacitance in a Three-Dimensional Topological Insulator. Nano Letters 20 (12), S. 8493-8499.

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 01 Dez 2020 06:43
Artikel
DOI zum Zitieren dieses Dokuments: 10.5283/epub.44193

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Zusammenfassung

BiSbTeSe2 is a 3D topological insulator (3D-TI) with Dirac type surface states and low bulk carrier density, as donors and acceptors compensate each other. Dominating low-temperature surface transport in this material is heralded by Shubnikov−de Haas oscillations and the quantum Hall effect. Here, we experimentally probe and model the electronic density of states (DOS) in thin layers of BiSbTeSe2 ...

BiSbTeSe2 is a 3D topological insulator (3D-TI) with Dirac type surface states and low bulk carrier density, as donors and acceptors compensate each other. Dominating low-temperature surface transport in this material is heralded by Shubnikov−de Haas oscillations and the quantum Hall effect. Here, we experimentally probe and model the electronic density of states (DOS) in thin layers of BiSbTeSe2 by capacitance experiments both without and in quantizing magnetic fields. By probing the lowest Landau levels, we show that a large fraction of the electrons filled via field effect into the system ends up in (localized) bulk states and appears as a background DOS. The surprisingly strong temperature dependence of such background DOS can be traced back to Coulomb interactions. Our results point at the coexistence and intimate coupling of Dirac surface states with a bulk many-body phase (a Coulomb glass) in 3D-TIs.



Beteiligte Einrichtungen


Details

DokumentenartArtikel
Titel eines Journals oder einer ZeitschriftNano Letters
Verlag:American Chemical Society
Band:20
Nummer des Zeitschriftenheftes oder des Kapitels:12
Seitenbereich:S. 8493-8499
Datum19 November 2020
InstitutionenPhysik > Institut für Theoretische Physik > Lehrstuhl Professor Richter > Arbeitsgruppe Klaus Richter
Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Weiss > Arbeitsgruppe Dieter Weiss
Identifikationsnummer
WertTyp
1912.02725arXiv-ID
10.1021/acs.nanolett.0c02733DOI
Stichwörter / Keywordscompensated 3D-topological insulator, BiSbTeSe2, quantum capacitance, Landau quantization, thermodynamic density of states, Coulomb glass
Dewey-Dezimal-Klassifikation500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
StatusVeröffentlicht
BegutachtetJa, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstandenZum Teil
URN der UB Regensburgurn:nbn:de:bvb:355-epub-441934
Dokumenten-ID44193

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