Unconventional transformation of spin Dirac phase across a topological quantum phase transition

拓扑绝缘体 拓扑序 拓扑简并 表面状态 物理 对称保护拓扑序 量子相 物理中的拓扑熵 曲面(拓扑) 量子相变 几何相位 相变 拓扑(电路) 拓扑量子数 Dirac(视频压缩格式) 量子力学 T对称 量子临界点 量子 自旋(空气动力学) 相(物质) Berry连接和曲率 迪拉克费米子 凝聚态物理 几何学 数学 组合数学 中微子
作者
Su Xu,Madhab Neupane,Ilya Belopolski,Chang Liu,Nasser Alidoust,Guang Bian,Shuang Jia,G. Landolt,Bartosz Slomski,J. Hugo Dil,Pavel Shibayev,S. Basak,Tay Rong Chang,Horng Tay Jeng,R. J. Cava,Hsin Lin,Arun Bansil,Zahid Hasan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:34
标识
DOI:10.1038/ncomms7870
摘要

Abstract The topology of a topological material can be encoded in its surface states. These surface states can only be removed by a bulk topological quantum phase transition into a trivial phase. Here we use photoemission spectroscopy to image the formation of protected surface states in a topological insulator as we chemically tune the system through a topological transition. Surprisingly, we discover an exotic spin-momentum locked, gapped surface state in the trivial phase that shares many important properties with the actual topological surface state in anticipation of the change of topology. Using a spin-resolved measurement, we show that apart from a surface bandgap these states develop spin textures similar to the topological surface states well before the transition. Our results offer a general paradigm for understanding how surface states in topological phases arise from a quantum phase transition and are suggestive for the future realization of Weyl arcs, condensed matter supersymmetry and other fascinating phenomena in the vicinity of a quantum criticality.

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