1.7 Способы сдвига точки Дирака в топологических изоляторах.
 Существует ряд способов изменять концентрацию носителей заряда в ТИ. В первую очередь, существуют хорошо известные способы менять тип проводимости у полупроводников: эти способы с некоторыми дополнительными условиями оказываются применимы и к ТИ.  Как упоминалось в разделе 1.6, концентрация носителей заряда может меняться при контакте с другим полупроводником и подаче напряжения разных знаков [17]. Адсорбция щелочных и щелочноземельных металлов, например, кальция [52], приводит к сдвигу точки Дирака в сторону больших энергий связи за счет перехода электронов с металла в ТИ, однако, топологические поверхностные состояния будут локализоваться на границе раздела ТИ-металл, и при металлическом слое в несколько монослоев и более на поверхности образца будет проявляться только металлическое состояние. Сдвиг состояний в сторону меньших (больших) энергий связи можно производить замещением атомов ТИ атомами с меньшим (большим) числом валентных электронов, например, атомами Sn. Однако, высокие концентрации легирующей примеси могут привести к уменьшению спин-орбитального взаимодействия, в результате чего условие для инверсии зон перестает выполняться и ТИ станет тривиальным изолятором [53].   Рис. 1.7 Вверху: эволюция смещения точки Дирака в ТИ от времени при интенсивном освещении на одном месте поверхности BiSbTeSe2. Внизу: схема изменений поверхности во времени. Взято из [51].   Важно также учитывать сдвиг состояний, происходящий во время проведения эксперимента. Вследствие адсорбции (десорбции) остаточных газов в вакуумной камере на поверхность (с поверхности) образца наблюдается смещение конуса во времени [51] (рис. 1.7). Такая адсорбция (десорбция) усиливается при интенсивном освещении образца, которое возникает непосредственно во время измерения образца методами фотоэлектронной спектроскопии. Таким образом, для образца любой стехиометрии неизбежно будет наблюдаться некоторый разброс в положении точки Дирака — однако, не в таком диапазоне, как представлено на рис. 1.7, а порядка ±0.01 эВ, так как измерения в основном проводятся в диапазоне времен освещения образца 101-102 секунд.  Кроме вышеприведенных известных подходов, для ТИ существует особенный способ изменения концентрации носителей заряда: выращивание ТИ смешанной стехиометрии, вида BiaSbbTecSed, где a+b=2, c+d=3 [54]. Благодаря гибкости в изменении стехиометрии, материалы семейства A2B3 (A=Bi, Sb и B=Te, Se) сохраняют свои топологические свойства в широком диапазоне, однако, существуют и комбинации, при которых материал становится тривиальным изолятором. Наглядно процесс изменения концентрации носителей заряда и сдвига точки Дирака показан на рис. 1.8. Стоит заметить, что при таком методе изменение концентрации носителей заряда происходит не из-за изменения валентности, как при добавлении других легирующих атомов, а из-за изменения преобладающего типа дефектов.   Рис. 1.8 а-з) Измеренные методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением зонные структуры пленок (Bi1-xSbx)2Te3 с x=0, 0,25, 0,62, 0,75, 0,88, 0,94, 0,96 и 1,0 соответственно. Дираковские топологические поверхностные состояния существуют во всем диапазоне. Желтая пунктирная линия указывает положение уровня Ферми (EF). Синие и красные пунктирные линии обозначают дираковские поверхностные состояния с противоположной полярностью спина и пересекаются в точке Дирака (DP). Взято из [21] 
В разделе 1.6 мы рассмотрели, как можно изменять тип проводимости у полупроводников, в том числе и у ТИ. В разделе 1.7 показано, как изменение концентрации носителей заряда может приводить к сдвигу точки Дирака в ТИ. В разделе 1.8 показано, как изменение концентрации носителей заряда может приводить к изменению преобладающего типа дефектов в ТИ.