反铁磁拓扑绝缘体NdBi中本征狄拉克能隙的直接观测及其与表面磁序的关联

《Nature Communications》：Direct observation of a spin-polarized surface Dirac gap in the antiferromagnetic topological insulator NdBi

　　反铁磁拓扑绝缘体（AFM-TI）中具有能隙的狄拉克锥是实现量子反常霍尔效应的必要条件，然而其内在能隙大小仍存在争议。然而，在典型的AFM-TI MnBi?Te?中，实验观测到的狄拉克能隙显著小于理论预测值，甚至几乎不存在，凸显了长期存在的理论与实验偏差。本文证明，NdBi具有自旋极化的拓扑表面狄拉克锥，且在狄拉克点处存在17 ± 2 meV的可观能隙，与密度泛函理论预测值（12 meV）高度一致。这一直接观测得益于基于7 eV激光的高分辨自旋分辨角度分辨光电子能谱技术，该技术能够明确区分自旋极化的表面狄拉克锥与体相衍生态。此外，通过温度依赖性和受控表面污染实验，我们建立了表面磁性与狄拉克能隙之间的直接关联，证明能隙仅在存在表面磁序时才会打开。这些结果为AFM-TI中存在内在狄拉克能隙提供了确凿的能谱证据，并确立了NdBi作为解决AFM-TI中实验与理论长期偏差问题的模型平台。