Dispersive detection of a charge qubit with a broadband high-impedance quantum-Hall plasmon resonator
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；JST, PRESTO（日本科学技术振兴机构，PRESTO项目）；NTT, Inc.（日本电报电话公司）
利用高阻抗量子霍尔等离子共振腔实现量子比特的色散检测，展示了二维拓扑绝缘体在 cQED 中的应用。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall
Plasmon modes of coupled quantum Hall edge channels in the presence of disorder-induced tunneling
耦合量子霍尔边缘通道显示有趣的非平凡模式，例如，在朗道能级填充因子2和2/3的电荷和中性模式。我们提出了一个适当的和有效的模型，库仑相互作用和无序诱导隧穿的耦合电容和隧穿电导的特点，分别。该模型解释了如何传输本征模，在相互作用和无序为主的制度，改变与耦合电容，隧穿电导，和测量频率。我们提出了频域和时域传输实验，从本征模式可以确定使用这个模型。
2021-08-07 cond-mat.mes-hall
Propagation, dissipation and breakdown in quantum anomalous Hall edge states probed by microwave edge plasmons
本研究探讨了V掺杂拓扑绝缘体薄膜中量子反常霍尔边缘态的微波边缘等离激元耗散，发现与电荷势阱的相互作用是耗散的主要来源，为改进基于QAH的技术提供了关键见解。
2024-05-30 cond-mat.mes-hall
Time-resolved investigation of plasmon mode along interface channels in integer and fractional quantum Hall regimes
量子霍尔（QH）边缘通道不仅出现在电子气的边缘，而且出现在两个具有不同填充因子的QH区域之间的界面上。然而，这种接口通道的基本传输特性还没有得到很好的理解，特别是在高频制度。在这项研究中，我们调查的界面等离子体激元模式沿边缘的金属栅电极与非门控和门控QH区域在整数和分数QH制度使用的时间分辨测量方案。观察到的等离子体波延迟和加宽，由于周围的通道形成的电荷池的影响。等离子体激元模式的电荷速度和扩散常数通过使用分布式电路模型分析波形来评估。我们发现，在门控区的导电水坑诱导等离子体激元输运显着的耗散。例如，通过在非门控区制备分数态和在门控区制备整数态，获得了具有相当快速度的分数界面沟道，而交换配置中的沟道是相当耗散的。这揭示了一个高质量的接口通道，提供了一个干净的路径来传输分数电荷研究各种分数QH现象。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall
Plasmons, Magnetoplasmons and the ν= 1/2 Quantum Hall Effect
在分数量子霍尔效应的场论处理中，我们解决了在最低朗道能级内将回旋运动的短距离高能物理与长距离低能物理分离的问题。我们说明我们的方法的情况下$ν=1/2$。通过一系列场变换，我们从电子到费米子，费米子携带厚度为$l_o$（回旋半径）的通量管，并耦合到对应于磁等离子体的谐振子。费米子保持跟踪的低能量物理，而振荡器描述的朗道水平，回旋电流等，从这个出发点，我们能够得到耆那教和Rezayi-Read波函数，以及许多后续修改的RPA分析Halperin，李和阅读。
1997-02-11 cond-mat.mes-hall
Auger-like Relaxation of Inter-Landau-Level Magneto-Plasmon Excitations in the Quantised Hall Regime
二维强关联电子气体中的俄歇弛豫可以表示为中性磁等离子体激元激发的类俄歇过程。“介电”状态的情况下，缺乏自由电子（即在整数填充$ν$）被认为是。实际上，类俄歇过程是两个磁等离子体激元的合并，这两个磁等离子体激元被转换成具有零二维波矢的不同等离子体激元模式的单个磁等离子体激元。这一事件被证明是积极允许磁等离子体附近的旋转子最小的频谱具有无限的状态密度。因此，出现了通过反斯托克斯拉曼散射间接观察磁子的额外可能性。我们发现这个过程的速率采用激子表示相关的矩阵元素计算的技术。
2008-12-09 cond-mat.mes-hall
Exchange and correlation effects on the plasmon dispersions and the Coulomb drag in low-density electron bilayers
我们研究了空间分离的低密度二维电子层之间的等离子体激元谱和库仑阻力的交换和关联（xc）的效果。我们采用了一种新的方法，它采用动态xc内核的计算双层等离子体光谱和等离子体介导的阻力，和静态的多体局部场因子的计算中的粒子-空穴的阻力的贡献。考虑到层内和层间的相关效应，在很宽的温度范围内计算了双层等离子体激元的光谱和拖曳电阻率。我们观察到，这两个等离子体激元模式的强烈影响xc修正。在包含复杂的动态xc内核后，电子密度的降低引起等离子体激元分支在相反方向上的移位。这与RPA中获得的趋势形成鲜明对比，RPA中光学和声学等离子体激元都随着电子密度的降低而远离粒子-空穴连续体的边界。我们发现，引入xc校正的结果在一个显着的增强的跨阻性和质的变化，其温度依赖性。特别是，大的高温等离子体激元峰，存在于随机相位近似被发现消失时的xc校正。在低温下的数值计算结果与M。Kellogg { \it等人}，固态通信\textbf{123}，515（2002）.
2006-10-31 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Spin-Hall Effect of propagating Surface Plasmon Polaritons in Ni$_{80}$Fe$_{20}$ microstructures
银和金微结构表面等离子体激元的光激发和成形是近年来等离子体激元自旋霍尔效应的重要发现。银由于其异常低的等离子体频率和弱阻尼而通常是选择的材料，但铁磁金属的类似观察结果尚未报道。在这项工作中，我们报告了在Ni $_{80}$ Fe $_{20}$微结构上传播SPPs的光电子发射电子显微镜（PEEM）成像结合可调谐飞秒激光系统在MHz的重复率。阈值PEEM中的圆二向色性（CD）图像显示出清晰的边缘诱导SPP，其具有亚微米波长和约3.5 $μ$ m的传播长度。的干涉图案，以及所观察到的条纹场的光学自旋角动量的耦合的分析揭示专属倏逝波的传播特性和等离子体自旋霍尔效应的存在。我们的工作提供了直接的证据，许多材料具有高等离子体频率允许激发和观察传播SPP在电介质/金属界面通过CD PEEM成像，使磁等离子体调查常见的铁磁体纳米长度和飞秒时间尺度。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin-Hall effect in the scattering of structured light from plasmonic nanowire
自旋-轨道相互作用是亚波长现象，其可以潜在地导致纳米光子学中的许多器件相关应用。本文报道了厄米-高斯光束和高斯光束在等离子体纳米线上前向散射的自旋霍尔效应。观察到圆偏振光束的非对称散射辐射分布。当偏振旋向性反转时，散射辐射分布的不对称性改变了符号。我们发现在恒定输入功率下，厄米-高斯光束的自旋霍尔效应比高斯光束有显著的增强。垂直于等离子体纳米线的长轴的散射功率之间的差异用于量化增强。此外，HG束的节线也是自旋-霍尔位移的标志。数值计算证实了实验观察，并认为与圆极化相关的坡印廷矢量的自旋流分量是自旋-霍尔效应及其增强的原因。
2018-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exciton-plasmon energy exchange drives the transition to strong coupling regime
我们提出了一个激子-等离子体激元耦合模型的基础上的能量交换机制之间的量子发射（QE）和金属-介电结构中的局域表面等离子体激元。QE之间的等离子体相关性引起集体状态与共振等离子体模式合作交换其能量。通过仔细定义的等离子体激元模式体积的QE系综，我们得到的QE-等离子体激元耦合和合作的能量转移率，表示在本地字段之间的关系。对于一个单一的QE附近的尖锐的金属尖端，我们发现分析QE等离子体耦合相对于QE耦合到腔模式的增强因子。对于分布在一个扩展的区域包围的等离子体结构的QE，我们发现，系综QE等离子体耦合饱和到一个普遍的值独立于系统的大小和形状，与实验一致。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge modes and Fabry-Perot Plasmonic Resonances in anomalous-Hall Thin Films
本文研究了金属二维表面局部涂敷霍尔材料薄膜时等离子体激元的传播。由此产生的三个区域，由两个尖锐的界面分开，其特征在于不同的霍尔电导率，但相同的正常电导率。一个单一的绑定模式被发现，它可以本地化的任何接口，并有一个不对称的电位分布在整个区域。对于传播模式，我们计算了通过磁性区域的反射和透射系数。我们发现Airy传输模式与尖锐的最大值和最小值作为等离子体激元入射角的函数。因此，该系统表现为高质量的过滤器。
2019-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Influence of Dynamical Floquet Spectrum on the Plasmon Excitations and Exchange Energy of tilted monolayer 1T$^\prime$MoS$_2$
该研究利用圆偏振光与Floquet能谱理论，探究了倾斜单层1T$^\prime$MoS$_2$的等离激元激发特性与交换能变化，揭示了温度、带隙等因素的调控规律及潜在应用。
2024-12-11 cond-mat.mes-hall
Plasmonic quantum nonlinear Hall effect in noncentrosymmetric 2D materials
我们研究了量子几何效应和表面等离子体之间的相互作用，通过表面等离子体结构，基于电子流体力学理论。首先，我们证明了量子非线性霍尔效应可以显着地提高了一个非常广泛的频率范围内，通过利用等离子体共振和近场效应的光栅门。在共振条件下，增强变得比没有纳米结构的情况下大几个数量级，而高谐波等离子体激元的峰广泛扩展，并出现在非共振条件下，导致显着的宽光谱。此外，我们澄清的Berry曲率偶极子诱导的光电流和光吸收之间的普遍关系，这是必不可少的计算材料的长波长光电探测器的设计。接下来，我们讨论了一种新的机制的几何光电流，它起源于振荡磁场诱导的异常力，并描述了在动量空间中的布洛赫电子的轨道磁矩的偶极矩。我们的理论是相关的二维量子材料，如层状WTe ${}_2$和扭曲的双层石墨烯，从而提供了一个有前途的路线走向一种新型的高灵敏度，宽带太赫兹光电探测器。
2022-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Relaxation of Inter-Landau-level excitations in the Quatized Hall Regime
集体等离子体激元朗道能级间激发的弛豫是由LO-声子的发射或当这种发射在磁-声子共振条件下被抑制时由类俄歇过程确定的。在填充$ν=1$的条件下，研究了波矢在旋子极小值附近的“单回旋”磁等离子体的衰减。这种弛豫的某些特征将有助于强关联二维电子气中磁旋子的实验检测。
2008-04-27 cond-mat.mes-hall
Understanding plasmon dispersion in nearly-free-electron metals: the relevance of exact constraints for novel exchange-correlation kernels within time-dependent density functional theory
库仑相互作用系统中的小波矢激发可以分解为高能纵向等离子体激元和低能单电子激发。在等离子体激元分支与单电子激发区域合并的临界波矢和相应频率处，等离子体激元的集体能量耗散成单电子-空穴激发。Jeltron模型提供了接近自由电子极限的金属的电子能量损失谱（EELS）的合理描述。随机相位近似（RPA）在高密度极限下是精确的，但即使对于rs > 1的密度，也可以合理地捕获等离子体色散。RPA和所有超越RPA的方法在这里调查，导致一个错误的无限等离子体激元寿命的波矢量小于临界的等离子体激元色散曲线进入粒子空穴激发。交换相关核修正RPA修改等离子体色散曲线。然而，在前面研究的内核的结构和形式上有很大的差异。我们目前的工作介绍了最近的模型交换只和交换相关内核，并讨论了一些确切的约束在内核的建设的相关性。我们表明，由于等离子体色散采样的波矢量的范围小于相关能量采样的范围，不同的内核可以使相关能量的强差异和弱差异的等离子体色散。这项工作完成了我们的理解等离子体激元分散在现实的金属，如Cs，其中已观察到负等离子体激元分散。我们发现只有积极的等离子体激元色散在jeletion的密度为Cs。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical N-plasmon: Topological hydrodynamic excitations in Graphene from repulsive Hall viscosity
本研究提出石墨烯中源自排斥霍尔黏度的拓扑保护边缘激发光学N-等离激元，验证其与平庸边缘磁等离激元的本质差异，设计出超亚波长宽带拓扑流体动力学环行器，证实其可经介电环境调控，为排斥霍尔黏度提供证据并拓展二维材料拓扑电磁相应用。
2023-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.flu-dyn
Intra-Landau level polarization effect for a striped Hall gas
计算了只考虑朗道能级关联效应的条纹霍尔气体的极化函数。利用极化函数，在随机相位近似（RPA）和广义随机相位近似（GRPA）下计算了介电函数，等离子体的色散和相关能。由于条纹霍尔气体的各向异性和量子霍尔系统的二维性，等离子体激元变得各向异性和无隙。等离子体激元近似地符合以前由单模近似导出的声子。（G）RPA关联能与其它数值计算结果进行了比较。
2004-08-02 cond-mat.mes-hall hep-th
Transmission Lines and Meta-Materials based on Quantum Hall Plasmonics
微波传输线的特性阻抗通常被限制为值$Z_0$ = 50 $ Ω$，部分原因是自由空间的低阻抗以及可用常规材料实现的介电常数和磁导率的有限范围。在这里，我们建议的可能性，构建高阻抗传输线，利用边缘态的等离子体响应与门控器件中的量子霍尔效应。我们分析了基于分布式网络和集总元件电路的量子霍尔传输线的各种实现，包括寄生电容和库仑拖曳效应的详细说明，这可以修改设备的性能。我们还设想了一种超材料结构，包括量子霍尔液滴阵列，并分析其不寻常的性质。这种结构的实现有望在芯片上有效地堆叠量子线路，以及在半导体量子比特和微波光子之间实现强耦合。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Experimental observation of nanoscale radiative heat flow due to surface plasmons in graphene and doped silicon
由于其二维电子结构，石墨烯表现出许多独特的性质。其中之一是在红外范围内的波矢量和温度依赖的等离子体。理论预测，由于这些等离子体激元，石墨烯可以用作通用材料，以增强任何介电衬底的纳米级辐射热交换。在这里，我们报告之间的辐射传热实验SiC和SiO2球具有非匹配的声子极化激元频率，因此只有弱的近场热交换。我们观察到，在SiC上外延生长的石墨烯的热通量贡献在短距离处占主导地位。等离子体激元对辐射传热的影响进一步支持与掺杂硅的测量。这些结果突出了石墨烯在光子近场和能量转换器件中的强大潜力。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Velocity and confinement of edge plasmons in HgTe-based 2D topological insulators
本研究通过GHz谐波激发与相位分辨检测，测量HgTe拓扑量子阱在QSH和QH体系下的边缘等离激元速度，发现低速度源于边缘电荷puddle的影响，揭示其是边缘输运的主要阻碍。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
3D Topological Plasmons in Weyl Semimetals
本文系统地研究了外尔半金属在磁场作用下的体等离子体、表面等离子体和边缘等离子体的性质。结果表明，在不同的表面上存在不同性质的单向等离子体激元，这与三维体等离子体激元的非平凡拓扑结构相一致。这些新颖的等离子体激元具有动量-位置锁，可以在表面之间运动。反常的霍尔电导率带来了丰富的各向异性等离子体激元色散，从线性到抛物线，甚至双曲线带。借助外尔轨道形成的半经典图像，我们指出在相对表面上的费米弧等离子体激元可以构成另一个独特的三维拓扑等离子体激元。此外，在拓扑结构的保护下，存在一个方向和位置可由外场控制的无带隙单向边缘等离子体激元。因此，我们的工作揭示了Weyl等离子体激元的拓扑特征，这可能在基于手性/拓扑等离子体激元的光电器件中具有重要的应用。
2020-12-31 cond-mat.mes-hall
An exchange functional that tests the robustness of the plasmon description of the van der Waals density functional
Dion及其同事的范德华密度泛函（vdW-DF 1）的非局域相关中的等离子体描述是否足够强大，可以描述所有的交换相关成分？为了解决这个问题，我们设计了一个交换功能，称为LV-PW 86 r的基础上，这种等离子体的描述，以及最近的分析交换在大$s$制度。在约化梯度$s=|\nabla n|/2n k_{\rm F}(n)$小于$\approx 2.5$的情况下，主导结合能的非局部相关部分，增强因子$F_x(s)$非常类似于Langreth-Vosko屏蔽交换。在$s$ -体系之外，由交换支配，$F_x(s)$平稳地过渡到修正的Perdew-Wang-86形式。我们的测试表明，vdW-DF 1（LV-PW 86 r）产生准确的分离和结合能的S22数据集的分子二聚体以及准确的晶格常数的层状材料和紧密结合的固体。这些结果表明，vdW-DF 1具有良好的等离子体描述中的低到中等的$s$ -制度。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plasmonic Tuning of the Near Field Heat Transfer in Double Layer Graphene
讨论了非平衡双层石墨烯体系中的非辐射传热问题。我们表明，在中性点的热交换是由层间等离子体激元模式为主，并推导出作为温度和层间分离的函数的热流的解析表达式。这些结果表明，对于一系列低温，两个石墨烯层是比传统金属更有效的热交换器。这一现象背后的物理原因是石墨烯光谱中存在能量大、动量小的带间激发。等离子体机制的热传递是急剧抑制静电掺杂。这允许通过在两层之间施加的小电压来调节热交换。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Magnon Thermal Hall Effect Induced By Symmetric Exchange Interaction
CAS Key Laboratory of Strongly-Coupled Quantum Matter Physics（强耦合量子物质物理中国科学院重点实验室）；Department of Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本研究通过分析磁子自旋-群对称性，揭示了不同交换耦合参数空间中磁子 Berry 曲率的复杂结构，并发现对称各向异性交换耦合可支持平面磁子热霍尔效应，无需反铁磁相互作用。
2025-12-19 cond-mat.mes-hall
Exchange-correlation enhancement of the Lande-g* factor in integer quantized Hall plateaus
本文研究了在强垂直磁场作用下，多体效应对二维电子气（2DEG）的涌现作用，包括交换作用和关联作用.结果表明，间接相互作用在空间上加宽了奇整数不可压缩带，而偶数填充因子几乎不受影响。
2009-06-03 cond-mat.mes-hall
Interaction of magnons with plasmons in a system of antiferromagnetic insulators coupled to a superconductor microwave cavity through the interfacial exchange interaction
超导体可以通过由超导电流感生的磁场与磁体相互作用。然而，这种相互作用是相当弱的，需要相对较大的磁体来达到微波电磁模式与磁振子的相当大的混合。利用磁体和超导体中自旋之间的大界面交换相互作用，可以大大减小器件的尺寸。在自旋轨道耦合超导体中，这种相互作用可以通过三重态和单重态库珀对的混合传递到s波凝聚体。在本文中，我们从理论上考虑薄的反铁磁薄膜，使自旋补偿接触的超导导线，形成一个腔的Mooij-Schön等离子体波。导出了有效拉格朗日量，其中考虑了这些波与磁振子的相互作用。计算了混合磁振子-等离子体激元模的频率。还考虑了两个微磁体相距较远的系统，并计算了它们通过腔模的互耦合。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Edge magnetoplasmons in graphene
我们通过在微米剥离石墨烯周边的窄接触之间进行皮秒飞行时间测量，观察到量子霍尔区域中石墨烯中边缘磁等离子体激元（EMP）模式的传播。我们发现传播是手征的低衰减，并有一个速度，这是量子化的霍尔高原。速度有两个贡献，一个来自霍尔电导率，另一个来自沿边缘的载流子漂移，我们能够通过其不同的填充因子依赖性来分离。漂移分量被发现是略小于费米速度预期的石墨烯动力学在一个突然的边缘电位。霍尔传导贡献比预期的慢，并且指示来自霍尔电荷的库仑电势中的约500nm的特征长度。该实验说明了EMP如何耦合到电磁场，打开了GHz到THz手性等离子体激元应用到电压控制移相器，循环器，开关和紧凑型可调谐环形谐振器等设备的前景。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall
In-plane noncollinear exchange coupling mediated by helical edge states in Quantum Spin Hall system
研究了量子自旋霍尔系统中螺旋边态介导的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida（RKKY）相互作用。螺旋边缘态在两个局域自旋之间诱导了面内非共线交换耦合，而在正常金属中诱导的是各向同性耦合。在基态中两个局部自旋之间的角度取决于费米能级。这种性质可以用来通过调节电子门来控制自旋的角度。
2009-06-29 cond-mat.mes-hall
Anomalous skew scattering of plasmons in a Dirac electron fluid
本研究扩展流体动力学框架，描述狄拉克电子流体中等离子体激元从贝里通量靶的散射，发现其具巨大不对称性/斜度及源于手性非拓扑俘获模式的共振，还讨论了拓扑绝缘体薄膜表面等实验实现可能。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium Exchange Nonlinear Hall Effect
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
研究揭示非平衡交换相互作用可产生非线性霍尔效应，其信号强度与经典非相互作用机制相当，强调电子相互作用和非平衡态在量子物质非线性响应中的关键作用。
2025-12-05 cond-mat.mes-hall
Manifestation of the Exchange Enhancement of the Valley Splitting in the Quantum Hall Effect Regime
本文报道了一种新的硅金属氧化物半导体场效应晶体管在量子霍尔效应下的霍尔电阻R_{xy}的“下沉”效应。随着磁场的增加，霍尔电阻从朗道填充因子ν=6的平台直接移动到ν=4的平台，跳过ν=5的平台。然而，当填充因子接近ν=5时，霍尔电阻急剧“下降”到ν=5平台的特征值1/5（h/e^2），然后返回到1/4（h/e^2）。这被解释为当费米能级位于两个相邻的谷分裂朗道带的中间且扩展态的位置不对称时，谷分裂的振荡交换增强的表现。
2006-02-16 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effects in Graphene from Proximity-Induced Uniform and Staggered Spin-Orbit and Exchange Coupling
我们研究了一种时间反演对称性破缺的邻近改性石墨烯（或类石墨烯材料）的有效模型。我们预测的外观量子反常霍尔相位通过计算体带隙和陈数的基准组合的系统参数。在Chern数为$C=1$的平面石墨烯中，引入交错交换场可以实现量子反常霍尔效应.我们明确显示锯齿形和扶手椅纳米带的边缘状态，并探讨其本地化行为。值得注意的是，交错的内在自旋轨道和均匀交换耦合的组合给出了拓扑保护（不像时间反演系统）的伪螺旋状态，其自旋在相对的锯齿形边缘相反。将磁化从平面外旋转到平面内使得系统微不足道，从而允许控制拓扑相变。利用密度泛函理论，我们还提出了一种在Ising反铁磁MnPSe $_3$上的石墨烯作为实现交错交换（赝自旋塞曼）耦合的材料平台.
2020-04-03 cond-mat.mes-hall
Electrical manipulation of plasmon-phonon polaritons in heterostructures of graphene on biaxial crystals
天然各向异性晶体中的声子极化激元在红外纳米光学中有着巨大的应用前景。然而，这些极化激元的直接电控制是困难的，阻碍了有源极化激元器件的发展。本文提出了在双轴晶体（α-相三氧化钼）平板上石墨烯的异质结构，并从色散关系、等频线和量子自旋霍尔效应三个方面理论研究了与石墨烯费米能级相关的杂化等离子体-声子极化激元.我们证明了不同的等离子体声子极化激元模式的波长可调谐性和光学拓扑从开放（双曲线）到封闭（蝴蝶结状）等频率轮廓的增加的费米能级的石墨烯。此外，我们观察到等离子体声子极化激元的量子自旋可调霍尔效应，表现出通过费米能级调谐石墨烯的传播方向切换。我们的发现为新型电调谐极化激元器件和可编程量子光网络提供了机会。
2022-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fractional quantum Hall edge polaritons
Universität Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究通过光-物质耦合绕过科恩定理，实现FQHE边缘模式与光子的耦合，揭示了拓扑保护在强光-等离子体耦合下的破坏机制。
2026-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dissipationless mechanism of skyrmion Hall current in double-exchange ferromagnets
我们重新讨论了铁磁体中Skyrmion输运的理论。基于双交换铁磁体中自旋手征性涨落的有效U（1）规范理论，推导出直流电场驱动下斯基米子核的速度表达式。我们发现传导电子和局域自旋之间的相互反馈效应引起了Chern-Simons项，表明Skyrmion Hall电流的无耗散机制。电流引起的skyrmion运动，出现通过自旋转移力矩和散射事件的常规描述，是在一定的限制，我们的描述，其中的陈-西蒙斯条款没有完全纳入。我们的理论不仅适用于金属系统，而且适用于绝缘系统，在这种系统中，在存在能隙的情况下，可以感应出纯拓扑的、无耗散的Skyrmion Hall电流.
2011-04-30 cond-mat.mes-hall
Piezoelectric coupling, phonons, and tunneling into a quantum Hall edge
我们表明，在GaAs中的三维声子的压电耦合重整化的电流-电压指数隧穿电子到一个不可压缩的量子霍尔边缘。领先的修正总是负的，与$ν= 1/3$状态上的实验一致，并且取决于边缘等离子体速度的精确值，可以大到百分之几。我们还讨论了高阶修正，这决定了在极红外极限的压电耦合的效果。
2005-12-14 cond-mat.mes-hall
Acoustic plasmons and isotropic short-range interaction in two-component electron liquids
利用Landau-Silin动力学方程和自能的无规相位近似，计算了三维和二维电子-电子和电子-空穴两种两组分液体在不同浓度和质量比下的声等离子体色散和各向同性Landau参数.结果表明，模式的传播和准粒子相互作用的强度是由组元间的屏蔽，是不对称的两组份液体的电荷组成。定义明确的声学等离子体激元零声模式出现在强烈的组分之间的浓度差异和其重整化的短程交换相关相互作用是可以忽略的。在具有抛物线色散的三维和二维电子液体中，快分量中的声等离子体介导的粒子间有效相互作用很弱，因此相关的等离子体超导性和声等离子体的形成是不利的。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall
Transmission lines and resonators based on quantum Hall plasmonics: electromagnetic field, attenuation and coupling to qubits
量子霍尔边缘态具有一些特性，可以证明对测量和控制固态量子比特有用。例如，它们的高电压电流比和它们的无耗散性质可以被利用来制造低损耗微波传输线和具有电阻量子$h/e^2\sim 25\mathrm{kΩ}$数量级的特性阻抗的谐振器。阻抗的高值保证了每个光子的电压是高的，并且由于这个原因，可以利用高阻抗谐振器来获得与具有小电荷偶极子（例如，自旋量子比特）的系统的更大的耦合值。在本文中，我们提供了一个微观分析的物理量子霍尔效应器件电容耦合到外部电极。在这些设备中的电流进行边缘磁等离子体激元激发，并通过使用半经典模型，适用于广泛的量子霍尔材料，我们讨论了在各种感兴趣的情况下的电磁场的空间分布。此外，我们进行了数值分析，以估计这些激发的寿命，从数值，我们推断出一个简单的拟合公式，量化的$Q$因子在量子霍尔谐振器。然后，我们探索达到强光子-量子位耦合状态的可能性，其中相互作用的强度高于系统中的损失。我们计算了边缘磁等离子体和单重态-三重态量子比特之间的库仑耦合强度，并获得了$100\mathrm{MHz}$级的耦合参数值;将这些值与谐振器中的估计衰减进行比较，我们发现，对于现实的量子比特设计，耦合确实可以很强。
2019-01-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exact Exchange: a pathway for a Density Functional Theory of the Integer Quantum Hall Effect
这里表明，精确交换（EE）形式主义提供了一个自然和严格的方法的密度泛函理论（DFT）的量子量子霍尔效应（IQHE）。将一种新的EE方法应用于受垂直磁场作用的准二维电子气（q2 DEG），得到了以下主要结果。\textit{i)}是IQHE的微观交换能泛函，它的主要特征是在每一个整数填充因子$ν$处具有一个不连续导数，\textit{ii)}是一个与磁场有关的EE势的解析解，在一个子带区域，\textit{iii)}是\textit{i)}的结果，EE势在每一个整数填充因子$ν$处都有明显的不连续;和\textit{iv)}，广泛使用的局域自旋密度近似（LSDA）被强烈地违反为接近整数值的填充因子。
2017-10-13 cond-mat.mes-hall
Graphene Electrodynamics in the presence of the Extrinsic Spin Hall Effect
我们将二维电子气的电动力学推广到非本征自旋霍尔效应（SHE）。该理论被应用到掺杂的石墨烯装饰与随机分布的吸收，诱导自旋轨道耦合（SOC）的接近。形式主义扩展了以前的半经典治疗的SHE的非本地动力学制度。在粒子数守恒近似下，我们计算了小频率和波矢极限下的电导率、介电函数和自旋霍尔角。自旋霍尔角随频率和波数的增加而减小，但在对应于Drude峰的频率附近，自旋霍尔角仍与其零频率值相当。得到了等离子体激元色散和线宽。非本征SHE在长波长范围内影响等离子体色散，但在波数较大时不影响。该结果表明了对在剥离的石墨烯（其不表现出SHE）和通过化学气相沉积生长的石墨烯（其最近报道了大的SHE）中测量的相当类似的等离子体响应的解释。我们的理论也奠定了基础，为未来的实验研究SOC效应的电动力学响应的二维电子气与SOC无序。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emission of plasmons by drifting Dirac electrons: where hydrodynamics matters
最近的研究表明，清洁半导体和金属中的直流电在很宽的温度和样品尺寸范围内都遵守流体力学定律。然而，流体动力学现象的频率窗口的确定仍然具有挑战性。在这里，我们揭示了一个现象是一个标志性的高频流体动力学运输，切伦科夫发射等离子体的漂移狄拉克电子。这种效应出现在流体动力学机制中，只是由于电子-电子碰撞使等离子体速度降低到载流子漂移速度以下。为了定量描述切伦科夫效应，我们分析发现漂移狄拉克电子在流体动力学到弹道交叉的高频非局部电导率。我们发现在两个实验相关的设置：平行的石墨烯层和亚波长光栅覆盖的石墨烯，进一步显示他们的弹道制度的情况下，流体动力学等离子体激元不稳定性的增长率。我们认为，切伦科夫发射的可能性是联系在一起的狄拉克材料的非局域导电性的奇异结构和特定的介电环境是无关的。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall
Exact-exchange density functional theory of the integer quantum Hall effect: strict 2D limit
在密度泛函理论（DFT）的框架内，发展了一种严格的二维精确交换（EE）形式，并将其应用于电子气在强垂直磁场作用下的情形，该磁场驱动系统达到整数量子霍尔效应（IQHE）.随着填充新兴朗道能级的进行，产生两个主要特征：i）EE能量最小化，在每个整数填充因子$ν$处具有不连续导数;以及ii）EE势在每个整数$ν$处显示尖锐的不连续性。本贡献提供了一个自然的改进相比，广泛使用的局域自旋密度近似（LSDA），因为EE能量泛函完全包含的磁场的影响，并包括一个层间交换耦合的多层系统。作为一致性检验，LSDA是作为EE能量和势能的低场扩展的主导项导出的。
2018-03-01 cond-mat.mes-hall
Reentrant quantum spin Hall effect in the presence of an exchange field
本研究在含四能带哈密顿量的拓扑绝缘体中引入均匀交换场，实现了可重入量子自旋霍尔效应，验证了其拓扑保护与鲁棒性，并给出拓扑电路的理论实现方案，拓展了可重入现象的研究范畴。
2023-06-14 cond-mat.mes-hall
Plasmons due to the interplay of Dirac and Schrödinger fermions
研究了二维电子气中狄拉克费米子和薛定谔费米子的相互作用。具体来说，我们分析了低能量部门的窄隙半导体描述的两个波段凯恩模型。在量子自旋霍尔绝缘体的背景下，特别是在Hg（Cd）Te量子阱中，该模型被命名为Bernevig-Hughes-Zhang模型。有趣的是，它描述了狄拉克和薛定谔费米子之间的中间性质的电子。在无规相位近似下，我们计算了零温下该模型的动态介电函数。令人惊讶的是，在本征（未掺杂）极限中发现了等离子体共振，而在该极限中，它们在石墨烯以及普通的2DEG中不存在。此外，我们证明，光学电导率提供了一种定量的方法来确定的拓扑相的Hg（Cd）Te量子阱从散装测量。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall
Exchange magnetic field torques in YIG/Pt bilayers observed by the spin-Hall magnetoresistance
利用自旋霍尔磁阻（SMR）测量了钇铁石榴石薄膜对Pt薄膜自旋积累的有效场力矩。结果，可以电测量铁磁绝缘层的磁化方向。实验的横向和纵向电阻是很好地描述的SMR的理论模型的直接和逆自旋霍尔效应，对于不同的Pt厚度[3，4，8和35 nm]。采用Pt的自旋霍尔角$θ_{SH}=0.08$，得到了Pt的自旋扩散长度（$λ=1.1\pm0.3$ nm）以及自旋混合电导的实部（$G_r=(7\pm3)\times10^{14}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）和虚部（$G_i=(5\pm3)\times10^{13}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）及其比值（$G_r/G_i=16\pm4$）.
2013-07-01 cond-mat.mes-hall
Electric-field-tunable topological phases in valley-polarized quantum anomalous Hall systems with inequivalent exchange fields
以Kane-Mele单层为模型，研究了不等效交换场、Rashba效应与外电场对谷极化量子反常霍尔系统拓扑相的调控作用，证明了其拓扑态可连续调谐，为拓扑谷电子学器件提供了理想平台。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall
Magnon-Plasmon Hybridization Mediated by Spin-Orbit Interaction in Magnetic Materials
本研究提出磁性材料中自旋轨道相互作用介导的磁振子-等离激元耦合杂化机制，阐明耦合强度可由磁场调控，反铁磁系统因亚晶格内自旋动力学增强耦合，二维磁性系统是理想研究平台。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall
Electron-pairing in the quantum Hall regime due to neutralon exchange
电子在凝聚态系统中的行为主要由库仑排斥作用决定。然而，在特殊情况下，库仑相互作用可以有效地吸引，在非常规超导体和专门设计的介观装置中产生电子配对。在量子霍尔系统中，由于朗道能级的巨大简并性，电子相互作用可以发挥特别重要的作用，例如导致具有分数电荷和任意子统计的准粒子的出现。量子霍尔法布里-珀罗（FPI）干涉仪由于其探测这种奇异物理的能力而引起了越来越多的关注。此外，这种干涉仪也会受到电子相互作用的影响。最近，在量子霍尔FPI中发现了电子配对的实验证据（H.K. Choi等人，Nat. Comm 6，7435（2015））。理论上描述的FPI在强背散射的限制和屏蔽库仑相互作用的影响下，我们计算电子散粒噪声，确实找到了一个两倍的增强Fano因子的一些参数，指示电子配对。这一结果解释的电子相互作用，由于交换中性边缘间等离子体激元，所谓的中性子。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall
Non-uniform heat redistribution among multiple channels in the integer quantum Hall regime
研究了朗道能级填充因子nu = 2，4和8时多量子霍尔边沟道中的热输运，量子点接触作为热发生器，量子点作为局部温度计.通道之间的热分布保持高度不均匀，这可以用多个通道的等离子体激元本征模来理解。热传输可以用另一个量子点接触作为量子热阀来控制，如温度计处热流的逐步增加所示。这鼓励开发具有量子霍尔边缘通道的集成热电路。
2022-06-21 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Exciton Coupling Using DNA Templates
等离子体激元和激子之间的相干能量交换是在强耦合状态下产生的现象，从而导致不同的混合态。DNA折纸技术提供了一个理想的框架来定制调谐等离子激子纳米结构。通过采用这种良好控制的自组装过程，我们实现了混合状态，通过精确定位金属纳米粒子在一个定义的空间排列与固定的纳米尺寸的粒子间的间距。在30 nm和60 nm之间改变纳米颗粒直径，同时保持它们的间隔距离恒定，使我们能够精确地调节结构的等离子体共振，以精确地匹配J聚集体激子的能量频率。利用这个系统，我们获得了强的等离子激元-激子耦合，并在单结构水平上研究了远场散射。个别结构显示正常模式分裂高达170毫电子伏。等离子体可调谐性和强场约束与DNA折纸上的纳米二聚体实现呈现一个理想的工具，自下而上组装等离子体激子系统在室温下工作。
2017-04-15 cond-mat.mes-hall
Exchange magnon induced resistance asymmetry in permalloy spin-Hall oscillators
我们研究磁化动力学自旋霍尔振荡器使用直流测量以及传统的微波频谱分析。当电流施加反阻尼自旋转移力矩时，我们观察到电阻的变化，我们归因于非相干交换磁振子的激发。一个简单的模型开发的基础上减少的有效饱和磁化强度，定量解释的数据。所观察到的现象突出了交换磁振子的自旋霍尔振荡器的操作的重要性。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatial structure of an incompressible Quantum Hall strip
不可压缩的量子霍尔带是敏感的回旋加速器间隙中的局域态的充电。我们研究了局域态的影响，通过密度泛函方法，发现电子密度和带宽度作为态密度的函数的间隙。另一个重要的作用是电子交换。通过使用考虑QH态负压缩性的模型密度泛函，我们找到了条带周围的电子密度。在大交换，密度分布变得非单调，表明在带的边缘形成的一维维格纳晶体。局域态和交换两种效应都导致了带宽的大幅增加。
1999-08-12 cond-mat.mes-hall
Layer-selective proximity symmetry breaking enables anomalous and nonlinear Hall responses in $1H$-Nb$X_2$ ($X =$ S, Se, Te)
International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), National Institute for Materials Science（物质纳米结构国际中心（WPI-MANA），日本国立材料研究所）
通过层选择性磁性近邻打破对称性，在1H-NbX₂金属中诱导出非线性霍尔响应，揭示了霍尔电导与 Berry 曳度二极管的关系。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall
Residual gauge theory for quanta of surface plasmons
NTT Basic Research Laboratories（NTT基础研究所）；NTT Corporation（日本电报电话公司）
本文提出了一种基于量子电动力学的剩余规范理论，用于研究表面等离子激元量子，揭示了剩余规范对称性与焦耳加热的关系，并指出量子可维持光-物质纠缠。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
