О происхождении состояний двумерного электронного газа на поверхности топологических изоляторов

Представлены результаты первопринципных расчетов электронной структуры объема и поверхности (0001) узкозонных полупроводников Bi$_2$Se$_3$, Sb$_2$Te$_3$, Sb$_2$STe$_2$ и Sb$_2$SeTe$_2$. Показано, что так же, как известные ранее Bi$_2$Se$_3$ и Sb$_2$Te$_3$, тройные соединения Sb$_2$STe$_2$ и Sb$_2$SeTe$_2$ являются трехмерными топологическими изоляторами. Проведен анализ влияния уширения подповерхностного ван-дер-ваальсовского промежутка на электронную структуру поверхности рассматриваемых соединений. Показано, что это уширение приводит к появлению новых (тривиальных) поверхностных состояний: параболического состояния и состояния М-образной формы в зоне проводимости и валентной зоне соответственно. Полученные результаты позволяют объяснить эффекты, обнаруженные в недавних фотоэмиссионных экспериментах, и выяснить причину происхождения новых состояний, возникающих благодаря адсорбции атомов на поверхности слоистых топологических изоляторов.