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Spin-helical Dirac fermions in nanostructures of disordered 3D topological insulators

Mardi 13 septembre 2016 14:00 - Duree : 1 heure
Lieu : SPINTEC, Bât 10-05 - room 446, CEA Grenoble, 17 rue des martyrs

Orateur : Romain GIRAUD (Leibniz Institut IFW in Dresden)

ℤ 2 topological insulators are attracting high interest for their novel electronic properties, due to unusual metallic states located at their interface. Gapless and spin-textured quasi-particles are weakly scattered by disorder and the Anderson localization becomes impossible. The most famous example is the quantum spin Hall phase in 2D, for which direct backscattering is suppressed, even in zero magnetic field. In a disordered 3D topological insulator, spin-helical Dirac fermions at the surface can be backscattered, but microscopic lengthscales are enhanced with respect to the case of massive quasi-particles. This has important consequences for both spin and mesoscopic transport. In this talk, i will discuss quantum transport studies of Bi2Se3 and Bi2Te3 nanostructures, combining vector magnetic fields and very low temperatures, and show how the spin texture of Dirac fermions results in unusual transport properties. Although structural disorder induces a finite bulk conductivity, surface transport can be studied without ambiguity in different ways. In wide ribbons, Shubnikov-de Haas oscillations in high magnetic fields reveal all contributions to charge transport and the influence of band bending [1]. The anisotropic scattering of topological surface states is confirmed by transconductance measurements, giving evidence for the enhancement of the spin-flip length [2]. In a nanowire geometry, quantum interference results in periodic Aharonov-Bohm oscillations [3] or aperiodic non-universal conductance fluctuations [4], both of which unveil the ballistic nature of quasi-1D surface modes despite strong disorder. Perspectives for spintronic studies based on quantum confined spin-helical Dirac fermions will be briefly discussed.

[1] L. Veyrat, F. Iacovella, J. Dufouleur, C. Nowka, H. Funke, M. Yang, W. Escoffier, M. Goiran, B. Eichler,

O.G. Schmidt, B. Büchner, S. Hampel, R. Giraud, Nano Lett., 15, 7503 (2015)

[2] J. Dufouleur, L. Veyrat, B. Dassonneville, C. Nowka, S. Hampel, P. Leksin, B. Eichler, O. G. Schmidt, B. Büchner, R. Giraud, http://arxiv.org/abs/1512.04439

[3] J. Dufouleur, L. Veyrat, A. Teichgräber, S. Neuhaus, C. Nowka, S. Hampel, J. Cayssol, J. Schumann, B. Eichler, O. G. Schmidt, B. Büchner, and R. Giraud, Phys. Rev. Lett. 110, 186806 (2013)

[4] J. Dufouleur, L. Veyrat, B. Dassonneville, E. Xypakis, J. Bardarson, C. Nowka, S. Hampel, B. Eichler, O. G. Schmidt, B. Büchner, R. Giraud, http://arxiv.org/abs/1504.08030

Contact : olivier.boulle@cea.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (INAC/SPINTEC)
Nature évènement : (Séminaire)
Evènement répétitif : (Séminaire nanomagnétisme et spintronique)
Site de l'évènement : Site CEA avec accès badge

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