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Observation of the universal magnetoelectric effect in a 3D topological insulator

Zitieren Sie bitte immer diese URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-170875
  • The electrodynamics of topological insulators (TIs) is described by modified Maxwell’s equations, which contain additional terms that couple an electric field to a magnetization and a magnetic field to a polarization of the medium, such that the coupling coefficient is quantized in odd multiples of α/4π per surface. Here we report on the observation of this so-called topological magnetoelectric effect. We use monochromatic terahertz (THz) spectroscopy of TI structures equipped with a semitransparent gate to selectively address surface states.The electrodynamics of topological insulators (TIs) is described by modified Maxwell’s equations, which contain additional terms that couple an electric field to a magnetization and a magnetic field to a polarization of the medium, such that the coupling coefficient is quantized in odd multiples of α/4π per surface. Here we report on the observation of this so-called topological magnetoelectric effect. We use monochromatic terahertz (THz) spectroscopy of TI structures equipped with a semitransparent gate to selectively address surface states. In high external magnetic fields, we observe a universal Faraday rotation angle equal to the fine structure constant α=e\(^{2}\)/2E\(_{0}\)hc (in SI units) when a linearly polarized THz radiation of a certain frequency passes through the two surfaces of a strained HgTe 3D TI. These experiments give insight into axion electrodynamics of TIs and may potentially be used for a metrological definition of the three basic physical constants.zeige mehrzeige weniger

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Autor(en): V. Dziom, A. Shuvaev, A. Pimenov, G.V. Astakhov, C. Ames, K. Bendias, J. Böttcher, G. Tkachov, E.M. Hankiewicz, C. Brüne, H. Buhmann, L.W. Molenkamp
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-170875
Dokumentart:Artikel / Aufsatz in einer Zeitschrift
Institute der Universität:Fakultät für Physik und Astronomie / Physikalisches Institut
Fakultät für Physik und Astronomie / Institut für Theoretische Physik und Astrophysik
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes / der Zeitschrift (Englisch):Nature Communications
Erscheinungsjahr:2017
Band / Jahrgang:8
Heft / Ausgabe:15197
Originalveröffentlichung / Quelle:Nature Communications 2017, 8:15197. DOI: 10.1038/ncomms15197
DOI:https://doi.org/10.1038/ncomms15197
PubMed-ID:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28504268
Allgemeine fachliche Zuordnung (DDC-Klassifikation):5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Freie Schlagwort(e):infrared spectroscopy; topological insulators; topological magnetoelectric effect; topological matter
Datum der Freischaltung:14.10.2019
Lizenz (Deutsch):License LogoCC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International