Linear photogalvanic effect in surface states of topological insulators

拓扑绝缘体 物理 光电流 极化(电化学) 表面状态 线极化 凝聚态物理 散射 光学 曲面(拓扑) 激光器 化学 几何学 数学 物理化学
作者
N. V. Leppenen,L. E. Golub
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (16) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.l161403
摘要

Theory of the Linear photogalvanic effect is developed for direct optical transitions between surface states of three-dimensional topological insulators. The photocurrent governed by the orientation of the polarization plane of light and caused by the warping of the energy dispersion of two-dimensional carriers is calculated. It is shown that both the shift contribution caused by coordinate shifts of the particle wavepackets during the optical transitions and the ballistic contribution caused by interference of the optical absorption and scattering by disorder have generally the same order of magnitude. The ballistic contribution is present owing to electron-hole asymmetry of topological surface states and has a frequency dependence in contrast to the shift photocurrent. In the nonlinear in the light intensity regime appearing due to saturation of the direct optical transitions the ballistic contribution dominates. The nontrivial dependence of the photocurrent on the polarization plane orientation in the nonlinear regime appears solely due to the ballistic contribution. Our findings allow separating the ballistic and shift contributions to the Linear photogalvanic current in experiments.

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