一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法

本发明属于拓扑绝缘体，具体涉及一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法。

背景技术：

1、近年来，拓扑绝缘体以其新颖的电子特性引起了人们的广泛关注，在其能带边界上具有拓扑保护的稳定低维金属态。因此，拓扑绝缘体在自旋电子学、量子计算和热电能量转换中有多种应用。

2、拓扑绝缘体表面具有类似金属的性质，这使得研究人员开始研究拓扑绝缘体上的等离子体。2010年，斯坦福大学首次讨论了拓扑绝缘体的等离子体频率临界点(s.b.c.x.s.raghu,collective modes of a helical liquid,physical reviewletters,104(2010)p.1-4.)。现有技术中对拓扑绝缘体施加高压时，拓扑绝缘体是在两颗金刚石之间的，由于金刚石具有高透光率的光学性质，红外光谱测量是研究金属表面等离子体的一种很好的手段。dordevic等人通过高压红外光谱揭示了拓扑绝缘体的电荷不均匀性(s.v.dordevic,m.s.wolf,n.stojilovic,h.lei,c.petrovic,signatures of chargeinhomogeneities in the infrared spectra of topological insulators bi2se3,bi2te3 and sb2te3,journal of physics.condensed matter,25(2013)075501-075501.)。目前高压仅被广泛应用于结构转变和电荷转移的研究中，大多数拓扑绝缘体都是通过角分辨电子能谱或第一性原理计算来证明。在压力诱导下拓扑绝缘体表现出新奇的电子特性，高压下无法通过角分辨电子能谱检测，因此拓扑绝缘体的能带结构特征仅停留在理论预测状态，而能带结构对晶格参数非常敏感，难以精确计算，使得理论预测拓扑能带结构是不准确的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法。本发明采用高压红外光谱检测等离子体频率临界点，根据等离子体频率临界点的变化判断拓扑能带结构，方法准确有效。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法，包括以下步骤：

4、将待测样品置于高压下进行高压红外光谱检测，得到待测样品的红外反射率；所述高压的压力为1～24gpa，所述待测样品为拓扑绝缘体样品；

5、以波数为x轴、待测样品的红外反射率为y轴作图，得到红外反射率光谱曲线；如果所述红外反射率光谱曲线中出现等离子体频率临界点，则说明存在拓扑能带结构；如果所述反射率光谱曲线中等离子体频率临界点消失，则说明拓扑能带结构消失。

6、优选的，所述待测样品包括sb2te3、bi2se3或bi2te3。

7、优选的，所述高压红外光谱检测的波数为0～8000cm-1。

8、优选的，所述待测样品置于金刚石压砧中进行高压红外光谱检测。

9、优选的，所述金刚石压砧中的传压介质为kbr。

10、优选的，所述高压红外光谱检测采用与待测样品相同大小的金箔作为无样品的背景参数。

11、优选的，所述高压红外光谱检测包括以下步骤：

12、1)将显微镜聚焦到待测样品表面，利用反射模式对样品进行反射率的测量，测量结果记为i样品(穿过金刚石)；

13、2)调整显微镜的聚焦位置，将激光聚焦到挨着待测样品的金箔上，对金箔进行反射率的测量，测量结果记为i无样品(穿过金刚石)；

14、3)将显微镜聚焦在待测样品表面上，然后保持水平位置不变，调节显微镜的垂直聚焦高度，将激光聚焦到金刚石的上台面上，即待测样品正上方的金刚石上表面，对此时的位置进行红外反射率的检测，测量结果记为i金刚石上台面(样品)；

15、4)将显微镜聚焦在金箔表面上，然后保持水平位置不变，调节显微镜的垂直聚焦高度，将激光聚焦到金刚石的上台面上，即金箔正上方的金刚石上表面，对此时的位置进行红外反射率的检测，测量结果记为i金刚石上台面(无样品)；

16、5)根据式i计算得到待测样品的红外反射率rsam；

17、

18、优选的，所述等离子体频率临界点对应红外反射率光谱曲线中的拐点。

19、优选的，得到红外反射率光谱曲线后还包括以压力为x轴，以红外反射率光谱曲线中等离子体频率临界点对应的波数为y轴绘制点图，再根据所述点图得到拓扑绝缘体拓扑能带结构消失的压力。

20、优选的，所述拓扑绝缘体拓扑能带结构消失的压力为等离子体频率临界点消失对应的压力。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、本发明提供的高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法，利用高压红外光谱检测的手段，对高压下的拓扑绝缘体进行等离子体频率临界点(plasmafrequency)的检测，进而通过等离子体频率临界点对压力的响应来判断高压下拓扑绝缘体是否发生了拓扑性的转变，使高压下拓扑绝缘体的检测是从理论到实际应用，能够快速断定样品拓扑能带结构的改变，为高压下拓扑绝缘体的转变提供有力的证据。而且利用高压红外检测(光学检测)的方法对样品是无损的。

23、实施例测量了sb2te3在0～23.2gpa的反射率来确定sb2te3的高压红外(ir)特性，在4.2gpa和8.5gpa时，等离子体频率临界点出现跳变，这是由于载流子特性的变化引起的，在8.5gpa时出现了一个新的相，在高压下等离子体频率临界点的消失对应着sb2te3拓扑结构的消失。因此，利用等离子体频率临界点来研究高压下拓扑绝缘体材料能带结构的变化是非常有效的。

技术特征：

1.一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述待测样品包括sb2te3、bi2se3或bi2te3。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述高压红外光谱检测的波数为0～8000cm-1。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述待测样品置于金刚石压砧中进行高压红外光谱检测。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述金刚石压砧中的传压介质为kbr。

6.根据权利要求4或5所述的检测方法，其特征在于，所述高压红外光谱检测采用与待测样品相同大小的金箔作为无样品的背景参数。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述高压红外光谱检测包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述等离子体频率临界点对应红外反射率光谱曲线中的拐点。

9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，得到红外反射率光谱曲线后还包括以压力为x轴，以红外反射率光谱曲线中等离子体频率临界点对应的波数为y轴绘制点图，再根据所述点图得到拓扑绝缘体拓扑能带结构消失的压力。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述拓扑绝缘体拓扑能带结构消失的压力为等离子体频率临界点消失对应的压力。

技术总结
本发明属于拓扑绝缘体技术领域，具体涉及一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法。本发明提供了一种高压下拓扑绝缘体拓扑能带结构的检测方法，利用高压红外光谱检测的手段，对高压下的拓扑绝缘体进行等离子体频率(plasma frequency)的检测，进而通过等离子频率来判断高压下拓扑绝缘体是否发生了拓扑性的转变，使高压下拓扑绝缘体的检测是从理论应用到实际，能够快速断定样品中拓扑能带结构的改变，为高压下拓扑绝缘体的转变提供有力的证据。

技术研发人员：郑旭
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8