Overgangsmetaal dichalcogeniden (TMDC's) gevormd door metalen uit groep 10 (bijv. PtSe ₂ , PtTe ₂ ) zijn naar voren gekomen als belangrijke materialen met intrigerende eigenschappen die zowel in bulk-eenkristallen als in atomair dunne films zijn ontdekt. Terwijl bulk PtSe ₂ en PtTe ₂ zijn type II Dirac-halfmetalen, monolaag (ML) PtSe ₂ film is een halfgeleider met spiraalvormige spintextuur die wordt veroorzaakt door een lokaal Rashba-effect. Echter, de eigenschappen van atomair dun PtTe ₂ films en de evolutie met filmdikte blijven onontgonnen. Onlangs, Shuyun Zhou's groep van de Tsinghua University rapporteerde een systematisch onderzoek naar de elektronische structuur van hoogwaardige PtTe ₂ dunne films met een dikte van 2 ML tot 6 ML gegroeid door moleculaire bundelepitaxie (MBE). Dit werk levert direct experimenteel bewijs voor een crossover van 2D metaal (2ML film, onderscheiden van de halfgeleidende PtSe ₂ film) naar 3-D Dirac-halfmetaal in PtTe ₂ films met spintextuur veroorzaakt door lokaal Rashba-effect.

In bulk PtTe ₂ kristal, massaloze Dirac-fermionen blijken te verschijnen op de topologisch beschermde contactpunten van elektronen en gatenzakken. De sterk gekantelde Dirac-kegel langs de uit het vlak gelegen impulsrichting breekt de Lorentz-invariantie en daarom zijn de lage energie-excitaties Dirac-fermionen die geen tegenhanger hebben in de hoge-energiefysica. Hun eerdere werk laat zien dat het isostructurele materiaal PtSe ₂ is ook een type II Dirac-halfmetaal, en er is een 3-D Dirac halfmetaal-halfgeleiderovergang met afnemende dikte. In aanvulling, monolaag PtSe ₂ toont interessante spiraalvormige spintextuur geïnduceerd door lokaal Rashba-effect (R-2) ondanks het feit dat de monolaagfilm zelf centrosymmetrisch is. Een dergelijke verborgen spintextuur, geïnduceerd door het lokale Rashba-effect, zal naar verwachting een belangrijk platform bieden voor het realiseren van nieuwe topologische supergeleiding met oneven pariteit als supergeleiding met s-golfparing kan worden geïnduceerd. Echter, gezien het feit dat monolaag PtSe ₂ is een halfgeleider met een grote spleetgrootte van 1,2 eV, het is moeilijk om de Fermi-energie in zo'n groot bereik af te stemmen om er een supergeleider van te maken. Het is daarom van cruciaal belang om een ​​vergelijkbare centrosymmetrische film te vinden met een lokaal Rashba-effect maar met een metaalachtige eigenschap, die een betere mogelijkheid kunnen bieden om topologische supergeleiding te realiseren.

In dit werk, door gebruik te maken van ARPES, De groep van Shuyun Zhou detecteert direct de elektronische structuur van PtTe ₂ dunne films met verschillende dikte, en waargenomen metaalbanddispersie van PtTe ₂ dunne films zelfs tot 2 ML. Een crossover van 2D metaal (2ML, onderscheiden van de 2 ML halfgeleidende PtSe ₂ film) naar 3-D Dirac semi-metaal wordt ook onthuld. De elektronische dispersie vertoont een sterke dikte-afhankelijke:bij toenemende filmdikte, de V-vormige zakken op het Fermi-niveau in 2 ML- en 3 ML-films bewegen naar beneden in energie en raken uiteindelijk de gatachtige zak bij hogere bindingsenergie, wat leidt tot de vorming van driedimensionale type-II Dirac-fermionen in 4-6 ML-films, die een vergelijkbare dispersie vertonen als bulkkristal en dus in feite een topologisch halfmetaal zijn. Verdere spin-ARPES-metingen op PtTe ₂ bulkkristal onthult een spiraalvormige spintextuur die wordt veroorzaakt door het lokale Rashba-effect. Aangezien het Rashba-effect wordt bepaald door de kristalsymmetrie en bulk en dunne film PtTe ₂ dezelfde symmetrie delen, vergelijkbare spintextuur door lokaal Rashba-effect wordt ook verwacht in PtTe ₂ dunne films.

Dit systematische onderzoek op PtTe ₂ dunne films met gecontroleerde dikte bieden een uniek platform om de metalen dunne films met lokaal Rashba-effect te bestuderen, en opent mogelijkheden om de intrigerende eigenschappen verder te onderzoeken, bijv. door doping geïnduceerde supergeleiding of topologische supergeleiding.