The unique properties of spin-polarized surface or edge states in topological insulators (TIs) make these quantum coherent systems interesting from the point of view of both fundamental physics and their implementation in low power spintronic devices. Here we present such a study in TIs, through tunneling and noise spectroscopy utilizing TI/Al2O3/Co tunnel junctions with bottom TI electrodes of either Bi2Te3 or Bi2Se3. We demonstrate that features related to the band structure of the TI materials show up in the tunneling conductance and even more clearly through low frequency noise measurements. The bias dependence of 1/f noise reveals peaks at specific energies corresponding to band structure features of the TI. TI tunnel junctions could thus simplify the study of the properties of such quantum coherent systems that can further lead to the manipulation of their spin-polarized properties for technological purposes.
References
1.
C. L.
Kane
and E. J.
Mele
, Phys. Rev. Lett.
95
, 146802
(2005
).2.
L.
Fu
, C. L.
Kane
, and E. J.
Mele
, Phys. Rev. Lett.
98
, 106803
(2007
).3.
M.
König
, S.
Wiedmann
, C.
Brüne
, A.
Roth
, H.
Buhmann
, L. W.
Molenkamp
, X.-L.
Qi
, and S.-C.
Zhang
, Science
318
, 766
(2007
).4.
C.-Z.
Chang
, W.
Zhao
, D. Y.
Kim
, H.
Zhang
, B. A.
Assaf
, D.
Heiman
, S.-C.
Zhang
, C.
Liu
, M. H.
Chan
, and J. S.
Moodera
, Nat. Mater.
13
, 473–477
(2015
).5.
M.
Götte
, T.
Paananen
, G.
Reiss
, and T.
Dahm
, Phys. Rev. Appl.
2
, 054010
(2014
).6.
H.
Zhang
, C.-X.
Liu
, X.-L.
Qi
, X.
Dai
, Z.
Fang
, and S.-C.
Zhang
, Nat. Phys.
5
, 438
(2009
).7.
Y.
Xia
, D.
Qian
, D.
Hsieh
, L.
Wray
, A.
Pal
, H.
Lin
, A.
Bansil
, D.
Grauer
, Y.
Hor
, R.
Cava
et al., Nat. Phys.
5
, 398
(2009
).8.
D.
Hsieh
, D.
Qian
, L.
Wray
, Y.
Xia
, Y. S.
Hor
, R.
Cava
, and M. Z.
Hasan
, Nature
452
, 970
(2008
).9.
C.
Jozwiak
, C.-H.
Park
, K.
Gotlieb
, C.
Hwang
, D.-H.
Lee
, S. G.
Louie
, J. D.
Denlinger
, C. R.
Rotundu
, R. J.
Birgeneau
, Z.
Hussain
et al., Nat. Phys.
9
, 293
(2013
).10.
Z.
Alpichshev
, J. G.
Analytis
, J.-H.
Chu
, I. R.
Fisher
, Y. L.
Chen
, Z. X.
Shen
, A.
Fang
, and A.
Kapitulnik
, Phys. Rev. Lett.
104
, 016401
(2010
).11.
T.
Zhang
, P.
Cheng
, X.
Chen
, J.-F.
Jia
, X.
Ma
, K.
He
, L.
Wang
, H.
Zhang
, X.
Dai
, Z.
Fang
et al.. Phys. Rev. Lett.
103
, 266803
(2009
).12.
P.
Cheng
, C.
Song
, T.
Zhang
, Y.
Zhang
, Y.
Wang
, J.-F.
Jia
, J.
Wang
, Y.
Wang
, B.-F.
Zhu
, X.
Chen
et al., Phys. Rev. Lett.
105
, 076801
(2010
).13.
T.
Hanaguri
, K.
Igarashi
, M.
Kawamura
, H.
Takagi
, and T.
Sasagawa
, Phys. Rev. B
82
, 081305
(2010
).14.
J. G.
Checkelsky
, Y. S.
Hor
, R. J.
Cava
, and N. P.
Ong
, Phys. Rev. Lett.
106
, 196801
(2011
).15.
D.
Kong
, Y.
Chen
, J. J.
Cha
, Q.
Zhang
, J. G.
Analytis
, K.
Lai
, Z.
Liu
, S. S.
Hong
, K. J.
Koski
, S.-K.
Mo
et al., Nat. Nanotechnol.
6
, 705
(2011
).16.
S.
Cho
, N. P.
Butch
, J.
Paglione
, and M. S.
Fuhrer
, Nano Lett.
11
, 1925
(2011
).17.
C.
Li
, O.
vant Erve
, J.
Robinson
, Y.
Liu
, L.
Li
, and B.
Jonker
, Nat. Nanotechnol.
9
, 218
(2014
).18.
B. A.
Assaf
, F.
Katmis
, P.
Wei
, B.
Satpati
, Z.
Zhang
, S. P.
Bennett
, V. G.
Harris
, J. S.
Moodera
, and D.
Heiman
, Appl. Phys. Lett.
105
, 102108
(2014
).19.
B. A.
Assaf
, F.
Katmis
, P.
Wei
, C.-Z.
Chang
, B.
Satpati
, J. S.
Moodera
, and D.
Heiman
, Phys. Rev. B
91
, 195310
(2015
).20.
A. D.
Liao
, M.
Yao
, F.
Katmis
, M.
Li
, S.
Tang
, J. S.
Moodera
, C.
Opeil
, and M. S.
Dresselhaus
, Appl. Phys. Lett.
105
, 063114
(2014
).21.
Z.
Jiang
, F.
Katmis
, C.
Tang
, P.
Wei
, J. S.
Moodera
, and J.
Shi
, Appl. Phys. Lett.
104
, 222409
(2014
).22.
P.
Wei
, F.
Katmis
, B. A.
Assaf
, H.
Steinberg
, P.
Jarillo-Herrero
, D.
Heiman
, and J. S.
Moodera
, Phys. Rev. Lett.
110
, 186807
(2013
).23.
B. A.
Assaf
, T.
Cardinal
, P.
Wei
, F.
Katmis
, J. S.
Moodera
, and D.
Heiman
, Appl. Phys. Lett.
102
, 012102
(2013
).24.
F. G.
Aliev
, J. P.
Cascales
, A.
Hallal
, M.
Chshiev
, and S.
Andrieu
, Phys. Rev. Lett.
112
, 216801
(2014
).25.
C.-X.
Liu
, H.
Zhang
, B.
Yan
, X.-L.
Qi
, T.
Frauenheim
, X.
Dai
, Z.
Fang
, and S.-C.
Zhang
, Phys. Rev. B
81
, 041307
(2010
).26.
Y.
Zhang
, K.
He
, C.-Z.
Chang
, C.-L.
Song
, L.-L.
Wang
, X.
Chen
, J.-F.
Jia
, Z.
Fang
, X.
Dai
, W.-Y.
Shan
et al., Nat. Phys.
6
, 584
(2010
).27.
J.
Zhang
, C.-Z.
Chang
, Z.
Zhang
, J.
Wen
, X.
Feng
, K.
Li
, M.
Liu
, K.
He
, L.
Wang
, X.
Chen
et al., Nat. Commun.
2
, 574
(2011
).28.
Y.
Zhao
, C.-Z.
Chang
, Y.
Jiang
, A.
DaSilva
, Y.
Sun
, H.
Wang
, Y.
Xing
, Y.
Wang
, K.
He
, X.
Ma
et al., Sci. Rep.
3
, 3060
(2013
).29.
R.
Guerrero
, F. G.
Aliev
, Y.
Tserkovnyak
, T. S.
Santos
, and J. S.
Moodera
, Phys. Rev. Lett.
97
, 266602
(2006
).30.
R.
Guerrero
, D.
Herranz
, F. G.
Aliev
, F.
Greullet
, C.
Tiusan
, M.
Hehn
, and F.
Montaigne
, Appl. Phys. Lett.
91
, 132504
(2007
).31.
W.
Brinkman
, R.
Dynes
, and J.
Rowell
, J. Appl. Phys.
41
, 1915
(1970
).32.
F. N.
Hooge
, T. G. M.
Kleinpenning
, and L. K. J.
Vandamme
, Rep. Prog. Phys.
44
, 479
(1981
).33.
R. A.
Dragoset
, E. S.
Phillips
, and R. V.
Coleman
, Phys. Rev. B
26
, 5333
–5346
(1982
).34.
X.
Zhu
, L.
Santos
, R.
Sankar
, S.
Chikara
, C.
Howard
, F. C.
Chou
, C.
Chamon
, and M.
El-Batanouny
, Phys. Rev. Lett.
107
, 186102
(2011
).35.
M.
Büttiker
, Phys. Rev. B
33
, 3020
(1986
).36.
L.
Zhao
, H.
Deng
, I.
Korzhovska
, Z.
Chen
, M.
Konczykowski
, A.
Hruban
, V.
Oganesyan
, and L.
Krusin-Elbaum
, Nat. Mater.
13
, 580
(2014
).37.
J. S.
Moodera
, J.
Nassar
, and G.
Mathon
, Annu. Rev. Mater. Sci.
29
, 381
(1999
).38.
G.-X.
Miao
, M.
Münzenberg
, and J. S.
Moodera
, Rep. Prog. Phys.
74
, 036501
(2011
).39.
J. S.
Moodera
and R. H.
Meservey
, in Magnetoelectronics
, edited by M.
Johnson
(Academic Press
, San Diego
, 2004
), pp. 151
–378
.40.
V.
Drewello
, J.
Schmalhorst
, A.
Thomas
, and G.
Reiss
, Phys. Rev. B
77
, 014440
(2008
).41.
R.
Yoshimi
, A.
Tsukazaki
, K.
Kikutake
, J. G.
Checkelsky
, K. S.
Takahashi
, M.
Kawasaki
, and Y.
Tokura
, Nat. Mater.
13
, 253
(2014
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
