Особенности электронного спектра и оптического поглощения ультратонких пленок Bi$_2$Se$_3$

Методом функционала плотности проведен расчет электронных спектров и диэлектрической проницаемости ультратонких (1–3 QL) пленок топологического изолятора Bi$_2$Se$_3$. Выявлена характерная особенность рассчитанных спектров: ниже уровня Ферми в диапазоне 0.0…–0.9 эВ расположены две двукратно вырожденные валентные зоны (“U-bands”), геометрически конгруэнтные низколежащим ветвям спектра в зоне проводимости. Показано, что в рассмотренных пленках насыщение оптического поглощения в ближней инфракрасной области спектра может приводить к серьезной перестройке электронной структуры и свойств. В частности, полупроводниковый (в отсутствие взаимодействия со светом) тип проводимости пленки может смениться на сильно нелинейный по интенсивности света металлический тип проводимости.