TY  - THES
A1  - Crespo Vidal, Can Raphael
T1  - Spectroscopic investigation of the three-dimensional topological insulators (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\) and HgTe: band structure, orbital symmetries, and influence of the cation \(d\)-states
T1  - Spektroskopische Untersuchung der dreidimensionalen topologischen Isolatoren (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\) und HgTe: Bandstruktur, orbitale Symmetrien und Einfluss der kationischen \(d\)-Zustände
N2  - This thesis examines the electronic properties of two materials that promise the realization and observation of novel exotic quantum phenomena. For this purpose, angle-resolved photoemission forms the experimental basis for the investigation of the electronic properties. Furthermore, the magnetic order is investigated utilizing X-ray dichroism measurements.
First, the bulk and surface electronic structure of epitaxially grown HgTe in its three-dimensional topological insulator phase is investigated. In this study, synchrotron radiation is used to address the three-dimensional band structure and orbital composition of the bulk states by employing photon-energy-dependent and polarization-dependent measurements, respectively.  In addition, the topological surface state is examined on in situ grown samples using a laboratory photon source. The resulting data provide a means to experimentally localize the bulk band inversion in momentum space and to evidence the momentum-dependent change in the orbital character of the inverted bulk states.
Furthermore, a rather new series of van der Waals compounds, (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\), is investigated. First, the magnetic properties of the first two members of the series, MnBi\(_2\)Te\(_4\) and MnBi\(_4\)Te\(_7\), are studied via X-ray absorption-based techniques. The topological surface state on the two terminations of MnBi\(_4\)Te\(_7\) is analyzed using circular dichroic, photon-energy-dependent, and spin-resolved photoemission. The topological state on the (MnBi\(_2\)Te\(_4\))-layer termination shows a free-standing Dirac cone with its Dirac point located in the bulk band gap. In contrast, on the (Bi\(_2\)Te\(_3\))-layer termination the surface state hybridizes with the bulk valences states, forming a spectral weight gap, and exhibits a Dirac point that is buried within the bulk continuum. Lastly, the lack of unambiguous evidence in the literature showing a temperature-dependent mass gap opening in these magnetic topological insulators is discussed through MnBi\(_2\)Te\(_4\).
N2  - In dieser Arbeit werden die elektronischen Eigenschaften zweier Materialien untersucht, welche die Realisierung und Beobachtung neuartiger exotischer Quantenphänomene versprechen. Hierbei bildet die winkelaufgelöste Photoemission die experimentelle Grundlade für die Untersuchung der elektronischen Eigenschaften. Zudem wird die magnetische Ordnung mittels Röntgendichroismusmessungen untersucht. Zunächst wird die elektronische Volumen- und Oberflächenstruktur von epitaktisch gewachsenem HgTe in der Phase eines dreidimensionalen topologischen Isolators untersucht. In dieser Studie wird Synchrotronstrahlung verwendet, um die dreidimensionale Bandstruktur und die orbitale Zusammensetzung der Volumenzustände durch photonenenergieabhängige bzw. polarisationsabhängige Messungen zu bestimmen. Darüber hinaus wird der topologische Oberflächenzustand an in situ gewachsenen Proben mit einer Laborphotonenquelle untersucht. Die daraus resultierenden Daten ermöglichen eine Lokalisierung der Bandinversion im Impulsraum und den Nachweis der impulsabhängigen Veränderung des Orbitalcharakters der invertierten Volumenzustände. Zusätzlich wird eine relativ neue Reihe von van-der-Waals-Verbindungen, (MnBi\(_2\)Te\(_4\))(Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\), untersucht. Zunächst werden die magnetischen Eigenschaften der ersten beiden Mitglieder der Reihe, MnBi\(_2\)Te\(_4\) und MnBi\(_4\)Te\(_7\), mittels Röntgenabsorptionsverfahren bestimmt. Der topologische Oberflächenzustand auf den beidem Terminierungen von MnBi\(_4\)Te\(_7\) wird unter der Verwendung von zirkularem Dichroismus, photonenenergieabhängiger sowie spinaufgelöster Photoemission analysiert. Der topologische Zustand auf der (MnBi\(_2\)Te\(_4\)-Terminierung zeigt dabei einen freistehenden Dirac-Zustand mit einem in der Volumenbandlücke liegendem Dirac-Punkt. Im Gegensatz dazu hybridisiert der Oberflächenzustand auf der (Bi\(_2\)Te\(_3\))\(_n\)-Terminierung mit den Volumenzuständen, wodurch eine Lücke im spektralen Gewicht entsteht, und weist einen Dirac-Punkt auf, der vom Volumenkontinuum überlagert ist. Abschließend wird das Fehlen einer eindeutigen Beweislage in der Literatur, die eine temperaturabhängige Öffnung einer Energielücke in diesen Materialien zeigt, anhand von (MnBi\(_2\)Te\(_4\) diskutiert.
KW  - ARPES
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Bandstruktur
KW  - Oberflächenzustand
KW  - Antiferromagnetismus
KW  - magnetic topological insulator
KW  - angle-resolved photoelectron spectroscopy
KW  - spin-resolved ARPES
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312931
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Peixoto, Thiago R. F.
A1  - Bentmann, Hendrik
A1  - Rüßmann, Philipp
A1  - Tcakaev, Abdul-Vakhab
A1  - Winnerlein, Martin
A1  - Schreyeck, Steffen
A1  - Schatz, Sonja
A1  - Vidal, Raphael Crespo
A1  - Stier, Fabian
A1  - Zabolotnyy, Volodymyr
A1  - Green, Robert J.
A1  - Min, Chul Hee
A1  - Fornari, Celso I.
A1  - Maaß, Henriette
A1  - Vasili, Hari Babu
A1  - Gargiani, Pierluigi
A1  - Valvidares, Manuel
A1  - Barla, Alessandro
A1  - Buck, Jens
A1  - Hoesch, Moritz
A1  - Diekmann, Florian
A1  - Rohlf, Sebastian
A1  - Kalläne, Matthias
A1  - Rossnagel, Kai
A1  - Gould, Charles
A1  - Brunner, Karl
A1  - Blügel, Stefan
A1  - Hinkov, Vladimir
A1  - Molenkamp, Laurens W.
A1  - Friedrich, Reinert
T1  - Non-local effect of impurity states on the exchange coupling mechanism in magnetic topological insulators
JF  - NPJ Quantum Materials
N2  - Since the discovery of the quantum anomalous Hall (QAH) effect in the magnetically doped topological insulators (MTI) Cr:(Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\) and V:(Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\), the search for the magnetic coupling mechanisms underlying the onset of ferromagnetism has been a central issue, and a variety of different scenarios have been put forward. By combining resonant photoemission, X-ray magnetic circular dichroism and density functional theory, we determine the local electronic and magnetic configurations of V and Cr impurities in (Bi,Sb)\(_2\)Te\(_3\). State-of-the-art first-principles calculations find pronounced differences in their 3d densities of states, and show how these impurity states mediate characteristic short-range pd exchange interactions, whose strength sensitively varies with the position of the 3d states relative to the Fermi level. Measurements on films with varying host stoichiometry support this trend. Our results explain, in an unified picture, the origins of the observed magnetic properties, and establish the essential role of impurity-state-mediated exchange interactions in the magnetism of MTI.
KW  - shape-truncation functions
KW  - semiconductors
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230686
VL  - 5
ER  -