トポロジカル絶縁体の光電流のバンド分解イメージング

トポロジー絶縁体Bi_ {2} SE_ {3}における光電流生成の微視的起源を、時間および角度分解光排出分光法を介して研究します。循環的に偏った光励起に続いて進化するため、空いているバンド構造を画像化し、光電流の分光特性である運動量空間で非対称電子集団を観察します。人口の上昇時間を分析することにより、どの占有および空いていない電子状態が光励起によって結合されているかを特定します。光電流は、スピン軌道のテクスチャー状態との共鳴光遷移とのみを介してのみ励起できると結論付けています。私たちの研究は、スピン軌道結合と壊れた反転対称性を備えたシステムで光電流を制御する方法についての顕微鏡的理解を提供します。

We study the microscopic origins of photocurrent generation in the topological insulator Bi_{2}Se_{3} via time- and angle-resolved photoemission spectroscopy. We image the unoccupied band structure as it evolves following a circularly polarized optical excitation and observe an asymmetric electron population in momentum space, which is the spectroscopic signature of a photocurrent. By analyzing the rise times of the population we identify which occupied and unoccupied electronic states are coupled by the optical excitation. We conclude that photocurrents can only be excited via resonant optical transitions coupling to spin-orbital textured states. Our work provides a microscopic understanding of how to control photocurrents in systems with spin-orbit coupling and broken inversion symmetry.