Probing AC electronic compressibility of 3D HgTe and Bi2Se3topological insulators at high electric fields : evidence for excitedmassive surface states

Résumé : Dans cette thèse, j’étudie la compressibilité électronique de deux isolants topologiques tridimensionnels : Le tellurure de mercure (HgTe) sous contrainte et le séléniure de bismuth (Bi2Se3).Je présente des mesures d’admittance électronique à basse température résolues en phase sur une large gamme de fréquence. Cela permet d’extraire la capacité quantique associé à la densité d’états et la résistivité des matériaux étudiés.Nous montrons qu’un isolant topologique intrinsèque présente une réponse dominée par les états de surface topologiques sur une large gamme d’énergie qui s’étend au-delà du gap de transport du matériau massif. Ce régime, appelé « écrantage de Dirac », est caractérisé par une compressibilité électronique proportionnelle à l’énergie de surface et une haute mobilité.Dans la suite, nous nous intéressons à la limite de ce régime. Nous observons qu’à haute énergie et sous l’influence de forts champs électriques perpendiculaires, des états excités massifs de surface sont peuplés ce qui se manifeste expérimentalement de différentes façons : Une chute dans la constante de diffusion électronique, un pic de conductivité ainsi que l’apparition d’un deuxième type de porteurs en magnéto-transport et de métastabilité dans la relation charge-tension.Un modèle théorique basé sur un traitement quasi-relativiste du Hamiltonien de surface est présenté. Il permet d’identifier la dépendance en énergie et champ électrique des états massifs de surface.Cette thèse est complémenté par des résultats expérimentaux sur Bi2Se3 obtenu par croissance sur nitrure de bore mettent en évidence l’importance de la pureté des interfaces d’isolants topologiques.
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Thèse
Physics [physics]. PSL Research University, 2017. English. 〈NNT : 2017PSLEE016〉
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Contributeur : Abes Star <>
Soumis le : jeudi 12 octobre 2017 - 17:16:08
Dernière modification le : vendredi 13 octobre 2017 - 01:19:06

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Andreas Inhofer. Probing AC electronic compressibility of 3D HgTe and Bi2Se3topological insulators at high electric fields : evidence for excitedmassive surface states. Physics [physics]. PSL Research University, 2017. English. 〈NNT : 2017PSLEE016〉. 〈tel-01615846〉

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