Visualizzare il segno topologico di una massa di Dirac con il tunnellamento a spin polarizzato

Abstract degli autori

Una massa di Dirac è caratterizzata non solo dalla sua ampiezza, ma anche dal suo segno, che influenza la curvatura di Berry, la risposta di Hall e la direzione di propagazione dei modi chirali di bordo. Tuttavia, finora la spettroscopia locale delle superfici topologiche magnetiche ha permesso di misurare solo l’ampiezza del gap $|M|$. Qui mostriamo come determinare localmente il segno topologico di $M$. Per prima cosa stabiliamo quali informazioni sul segno sono accessibili tramite il tunnellamento risolto in spin e quale riferimento è necessario per ottenere il segno assoluto di Hall. Sebbene l’entanglement spin-orbitale generalmente offuschi la relazione tra lo spin misurato e il pseudospin di Dirac, la simmetria di rotazione cristallina attenua questa ambiguità al bordo di banda. Su un asse $C_3$, una punta assiale si accoppia a uno stato completamente polarizzato in spin, la cui asimmetria di tunnellamento rivela direttamente il segno della curvatura di Berry della banda occupata, indipendentemente dalla composizione orbitale. Mostriamo inoltre che il livello di Landau di ordine zero permette di misurare in modo indipendente il segno della massa con una punta non polarizzata, mentre i domini opposti e i loro modi chirali di parete di dominio forniscono verifiche di autoconsistenza. Questi risultati aprono la strada a visualizzare le posizioni in cui il carattere topologico cambia all’interno di un materiale, anziché limitarsi a individuare dove compare un gap spettrale.