Optické a magnetooptické vlastnosti tenkých vrstev topologického izolátoru Bi2Se3

Abstract

Významným objektom výskumu v oblasti materiálov sa v posledných dvoch desaťročiach stali topologické izolátory. Ich hlavnou výhodou je, že sa na ich povrchu vytvárajú metalické vodivé stavy, v ktorých sa elektróny dokážu pohybovať, akoby ich efektívna hmotnosť bola takmer nulová. Táto vlasnosť má obrovský potenciál na využitie v novej generácii vysokorýchlostnej elektroniky. V tejto práci sa venujeme skúmaniu optických a magnetooptických vlastností topologického izolátoru Bi2Se3, ktoré sú kľúčové pre jeho ďalšie potenciálne využitie. Pomocou merania absorpcie na Landauových hladinách vo vysokom magnetickom poli určíme tvar disperzie elektrónovej štruktúry, ako aj šírku zakázaného pásu. Následne spektroskopickou elipsometriou v rozsahu viditeľného a blízkeho ultrafialového spektra odmeriame energetickú závislosť komplexnej relatívnej permitivity, ktorá je kľúčová pre popis optických vlastností.

Topological insulators have attracted intensive research interest in the field of material research in the last two decades. Their main advantage is that metallic conductive states are formed on their surface, in which the electrons can move as if their effective mass is nearly zero. This feature has huge potential for use in the new generation of high-speed electronics. In this work, we investigate the optical and magneto-optical properties of the topological insulator Bi2Se3, which are key to its further potential use. By measuring the absorption at Landau levels in a high magnetic field, we determine the shape of the dispersion of the electronic structure as well as the bandgap. Subsequently, by spectroscopic ellipsometry in the range of the visible and near-ultraviolet spectrum, we measure the energy dependence of complex relative permittivity, which is the key for the description of optical properties.