トポロジカル結晶性絶縁体Sr SnOのエピタキシャル薄膜の実現

Realization of Epitaxial Thin Films of the Topological Crystalline Insulator Sr SnO.

• Yanjun Ma
• Anthony Edgeton
• Hanjong Paik
• Brendan D Faeth
• Christopher T Parzyck
• Betül Pamuk
• Shun-Li Shang
• Zi-Kui Liu
• Kyle M Shen
• Darrell G Schlom
• Chang-Beom Eom

抄録

トポロジカル材料は、対称性とトポロジーの相互作用から生まれます。トポロジカルバンド理論の進歩により、反ペロブスカイト酸化物Sr SnOはトポロジカル結晶性絶縁体であり、（００１）結晶面の導電性が結晶学的点群対称性によって守られた新しい電子状態の物質であると予測されています。しかし、この物質の実現は困難を極めています。熱力学計算に基づき、分子線エピタキシー(MBE)によるSr SnO単結晶エピタキシャル膜の吸着制御成長を実現するための成膜アプローチを設計し、実装した。その場輸送及び角度分解光電子分光測定により、成長した試料の金属及び電子構造を明らかにした。従来のMBE法と比較して、この合成法は優れたサンプル品質を実現し、反ペロブスカイト構造を持つ他のトポロジカル系にも容易に適応できることがわかった。Sr SnO薄膜の実現に成功したことで、ひずみ工学やヘテロ構造を利用して対称性を調整することで、トポロジカルな状態を操作することができるようになった。

Topological materials are derived from the interplay between symmetry and topology. Advances in topological band theories have led to the prediction that the antiperovskite oxide Sr SnO is a topological crystalline insulator, a new electronic phase of matter where the conductivity in its (001) crystallographic planes is protected by crystallographic point group symmetries. Realization of this material, however, is challenging. Guided by thermodynamic calculations, a deposition approach is designed and implemented to achieve the adsorption-controlled growth of epitaxial Sr SnO single-crystal films by molecular-beam epitaxy (MBE). In situ transport and angle-resolved photoemission spectroscopy measurements reveal the metallic and electronic structure of the as-grown samples. Compared with conventional MBE, the used synthesis route results in superior sample quality and is readily adapted to other topological systems with antiperovskite structures. The successful realization of thin films of Sr SnO opens opportunities to manipulate topological states by tuning symmetries via strain engineering and heterostructuring.

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