Infračervená magneto-spektroskopie topologického izolátoru Bi2Te3

Abstract

Tato práce se zabývá charakterizací topologického izolátoru Bi2Te3, materiálu s nevodivými stavy v objemu, ale jedním vodivým pásem na povrchu. Tento materiál je zkoumán již přes 60 let, ale i přes to není jeho objemová pásová struktura úplně objasněna, obzvláště charakter zakázaného pásu je stále předmětem diskuze. V této práci jsou prezentovány výsledky infračervené spektroskopie na Landauových hladinách v magnetickém poli až do 34 T, doplněné elipsometrickým měřením mimo magnetické pole. Výsledky těchto měření by měli pomoci vyjasnit některé vlastnosti zakázaného pásu. Pozorovaná optická odezva odpovídá polovodiči s přímým zakázaným pásem, ve kterém se nosiče náboje chovají jako Diracovské hmotné fermiony. Šířka zakázaného pásu za nízkých teplot byla určena jako Eg = (175±5) meV a samotný zakázaný pás se nachází mimo trigonální osu, tím pádem se v první Brillouinově zoně vyskytuje 6 krát nebo 12 krát.

The main goal of this thesis is to characterize the electronic band structure of Bi2Te3 topological insulator, a system that is, in an ideal case, insulating in bulk but conducting via metallic surface states. This material has been extensively studied for more than 60 years, however, its bulk band structure is not yet fully understood, especially the characteristics of the band gap are still a matter of discussion. In this thesis, results of a Landau level spectroscopy in magnetic fields up to 34 T, supplemented by ellipsometry at zero magnetic field, are presented to clarify some of the band gap properties. The observed response is consistent with the picture of a direct-gap semiconductor in which charge carriers closely resemble massive Dirac particles. The fundamental band gap reaches Eg = (175±5) meV at low temperatures, and it is not located on the trigonal axis, thus displaying either six or twelvefold valley degeneracy.