拓扑绝缘体的表面态和边缘态

拓扑绝缘体作为一种全新的拓扑态物质，其体态是具有带隙的绝缘态，而表面态（或边缘态）则是没有带隙的并且受拓扑保护的金属态。

Bi2Se3被提出是一类三维拓扑绝缘体，并且在角分辨光电子能谱实验上证实了Bi2Se3是具有Dirac 锥形表面电子结构的三维拓扑绝缘体。然而，这类材料的化学特性比较复杂，实际晶体中通常存在各种晶体缺陷，比如Se空位、Bi占据Se(或Te)形成反位（anti-site）缺陷等等，导致材料往往表现出金属特性，严重阻碍了拓扑绝缘体表面态的研究。因此，如何实现体态绝缘（bulk-insulating）特性和探测表面态电子成了拓扑绝缘体的一个重要研究方面。研究表明通过元素替代可以很大程度地避免上述现象的产生，目前通过该方法获得的体绝缘拓扑绝缘体体系主要包括Bi2Te2Se、SnxBi1.1-xSb0.9Te2S、SnxBi1-xSbTeSe2和TlxBi2Te3+y。