Low-energy effective Hamiltonian and end states of an inverted HgTe nanowire
本研究针对HgTe纳米线的能带反转问题，推导了含E₁、H₁、H₂三个子带的块对角型3×3低能有效哈密顿量，在开放边界条件下的反型区域中发现了端点态。
2025-08-31 cond-mat.mes-hall
Shot noise of the edge transport in the inverted band HgTe quantum wells
本文研究了碲化汞基量子阱中的电流噪声，量子阱具有反向能带结构，处于无序边缘输运状态。与以前的实验一致，边缘电阻强烈超过$h/e^2$和弱依赖于温度。散粒噪声远低于泊松值，并且由具有栅极电压的Fano因子和在$0.1<F<0.3$范围内的样本到样本变化来表征。考虑到我们的设备比弹道退相长度的最悲观估计短，这些观察结果排除了一维螺旋边缘运输的可能性。相反，我们认为，在我们的实验中，一个无序的多模传导是负责的边缘输运。
2015-05-08 cond-mat.mes-hall
Large-scale impurity potential in the quantum Hall effect for the HgTe quantum well with inverted band structure
本文报道了在量子霍尔（QH）区测量的具有反转能谱（dQW = 20.3nm）的碲化汞量子阱在磁场高达9 T和温度2-50 K下的纵向和霍尔介电常数。分析了QH平台-平台转变（PPT）宽度和霍尔平台上的变程跳变（VRH）电导随温度的变化关系。PPT地区和VRH制度的数据都是以真正的规模形式呈现的。估计的程度的载体本地化长度的分歧揭示了决定性的作用的远程随机电位（远程电离杂质的潜力）在本地化-离域过程中的QH制度的系统研究。
2017-12-15 cond-mat.mes-hall
Edge States in Lateral p-n Junctions in Inverted Band HgTe Quantum Wells
我们研究了横向pn结，静电定义在14 nm宽的碲化汞基量子阱（QW）的反转能带结构。pn结电阻接近于$h/2e^2$，与之前在8-10 nm量子阱上的一些实验结果一致，并且电流-电压特性是高度线性的，表明通过弹道螺旋边缘态的输运。进行散粒噪声测量，以进一步验证底层的传输机制。我们讨论了未知的非弹性弛豫率在引线和边缘通道的噪声数据的正确解释的作用。虽然有利于螺旋边缘态的解释似乎更加一致，但根据目前的实验还不能得出明确的结论。我们的方法看起来很有前途的研究短准弹道边缘拓扑绝缘体（TI）在适当的几何形状。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall
Realistic picture of helical edge states in HgTe quantum wells
提出了一个描述HgTe/CdHgTe量子阱第一价带边极大值的最小有效二维哈密顿量。利用哈密顿量，我们研究了拉伸和压缩应变碲化汞量子阱中螺旋边态的图像。我们发现，边缘状态的色散和概率密度可以显着不同的Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型预测。我们的研究结果为进一步的理论研究奠定了基础，碲化汞基量子自旋霍尔绝缘体的直接和间接带隙超出BHZ模型。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photogalvanic probing of helical edge channels in 2D HgTe topological insulators
报道了太赫兹（THz）激光在碲化汞基二维拓扑绝缘体（TI）螺旋边缘通道中激发的圆形光电流的观测结果。光电流的方向通过将辐射偏振从右手切换到左手而反转，并且对于固定的光子螺旋度，对于相对的边缘是相反的。光电流检测在很宽的范围内的栅极电压。随着费米能级降低到导带底部以下，电流出现，达到最大值，降低，改变其符号接近电荷中性点（CNP），并再次上升。在CNP下在7 $μ$ m距离上测量的电导接近2 e2/h，这是二维TI中弹道输运的特征值。结果表明，光电流是由螺旋边电子向导带的光电离引起的。我们讨论了这种现象的微观模型，并与实验数据进行比较计算。
2016-12-28 cond-mat.mes-hall
Nonlocal resistance and its fluctuations in microstructures of band-inverted HgTe/(Hg,Cd)Te quantum wells
实验研究了含带反转HgTe/ Hg_{0.3} Cd_{0.7} Te量子阱的栅控微结构中的输运。使用许多接触的非局部电阻的测量证明，在耗尽制度的电流进行的边缘通道，如预期的二维拓扑绝缘体。然而，沟道电阻的高且非量化的值表明拓扑保护长度（即，螺旋边缘沟道中的载流子在没有反向散射的情况下传播的距离）比沟道长度短得多，该沟道长度为~100微米。弱的温度依赖性的电阻和温度相关的可再现的准周期性电阻波动的存在下，可以定性地解释由电荷池中的存在下，从边缘通道的电子隧道耦合。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport properties of the Quantum Spin Hall and Quantum Hall states in an inverted HgTe/CdTe and InAs/GaSb quantum wells
在InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子阱的反向能带中发现的量子自旋霍尔（QSH）态将它们归类为拓扑绝缘体的非常优越的候选者。在存在磁场的情况下，这些QSH态持续到等于临界场的磁场，超过该临界场，边缘态将由正常的量子霍尔（QH）态组成。我们提供了这个临界场的表达式，这与以前的一些文献一致。临界场将光谱划分为两种类型的量子态，\textit{viz}。量子自旋霍尔（QSH）和量子霍尔（QH）态。我们提出了一个理论研究的磁输运性质的基础上描述这些QSH状态的Bernevig-Hughes-Zhang哈密顿量。我们的霍尔电导率的结果表明，在这两个不同的拓扑区域的不同的响应。在低费米能级附近，系统在QH区具有高的霍尔电导率，而在QSH区霍尔电导率较低。因此，我们的霍尔电导率的结果有助于区分给定的量子阱的拓扑相的类型。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall
Magnetoresistance in the in-plane magnetic field induced semi-metallic phase of inverted HgTe quantum wells
在这项研究中，我们已经测量了反碲化汞量子阱的磁阻响应中存在的一个大的平行磁场高达33 T的应用。我们发现，在量子阱的反转能带结构的一个单调递减的磁阻时，观察到的磁场是为了10 T平行于量子阱平面。这一特点是伴随着消失的非局部性，并与预测的修改的能谱，成为在一个关键的面内场$B_{c}$无间隙的一致。超过$B_c$的磁场使我们能够研究超出已知制度的场致半金属区域中的磁阻的演变。在假定的无间隙阶段中的初始饱和阶段之后，我们观察到纵向电阻的强烈上升。在非局部测量中拾取的小的残留霍尔信号表明，该特征可能是由样品的半金属性引起的体现象。理论计算确实支持，这些功能的起源是经典的，可以预期的电阻的幂律上升，由于薄（半）金属样品进行大磁场的双载流子传输的具体情况。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall
Probing Spin Helical Surface States in Topological HgTe Nanowires
具有螺旋表面态的纳米线代表了观察和利用相位相干拓扑电导现象的关键先决条件，例如自旋动量锁定量子输运或拓扑超导性。我们证明了在一个联合的实验和理论研究，门控纳米线制造的高迁移率应变碲化汞，被称为散装拓扑绝缘体，确实保留了拓扑性质的表面状态，而且延伸相位相干整个线的几何形状。的相位相干长度被增强到5 $μ$ m时，调整到体间隙的电线，以便挑选出拓扑运输。纳米线表现出不同的电导振荡，作为由于轴向磁场的通量的函数，和栅极电压。观察到的$h/e$周期性Aharonov-Bohm型调制表明表面介导的准弹道输运。此外，深入分析所观察到的依赖于栅极的电导振荡的缩放揭示了这些表面状态的拓扑性质。为此，我们结合数值紧束缚计算的量子磁导与模拟的静电，占栅极诱导的不均匀的载流子密度周围的电线。我们发现，螺旋运输普遍存在，即使是强烈的非均匀门控和受磁通敏感的高角动量表面状态，围绕整个电线圆周延伸。
2017-12-11 cond-mat.mes-hall
Finite size effects of helical edge states in HgTe/CdTe quantum wells
给出了HgTe/CdTe量子阱中量子自旋霍尔效应的有效连续模型的螺旋边态解。对于一个大尺寸的样品，该解决方案给出了边缘状态的线性色散。然而，在有限条几何中，两侧的边缘态将彼此耦合，这导致光谱中的有限能隙。能隙随样品宽度的增加呈指数规律衰减。边缘态的磁场依赖性说明了与传统的二维电子气量子霍尔带的边缘态的差异。
2008-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Zeeman splitting of conduction band in HgTe quantum wells near the Dirac point
在宽的电子密度范围内，对碲化汞量子阱导带的塞曼分裂进行了实验研究。同时分析了低磁场中不同倾角下的SdH振荡和中等磁场中的振荡形状，给出了找到塞曼分裂与轨道分裂之比和g因子各向异性的可能性。结果表明，在正态和反转谱下，两种结构的塞曼分裂与轨道分裂的比值都很接近，与kP方法的计算值也很接近。与此相反，正常和倒置光谱的结构中的g-因子各向异性的值是强烈不同的，并且对于这两种情况下，显着不同于计算的。我们认为，这种不一致的计算是一个结果的界面反转不对称的碲化汞量子阱，这是不考虑在kP计算。
2016-06-30 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance of an HgTe quantum well as an indicator of the topological phase
改变HgTe/CdTe异质结构中的量子阱宽度可以实现正常和反向半导体能带结构，使其成为研究二维（2D）拓扑绝缘体行为的原型系统。我们已经计算了零温度热力学态密度$D_\mathrm{T}$的电子掺杂的情况下，在这两个制度，治疗相互作用的Hartree-Fock近似。一个明显不同的行为的密度依赖性的$D_\mathrm{T}$被发现在倒置和正常的情况下，使它能够检测系统的拓扑顺序通过测量宏观可观的量子电容或电子压缩性。我们的研究结果建立了碲化汞量子阱中的二维电子系统作为独特的集体电子性质。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall
One-dimensional weak antilocalization and band Berry phases in HgTe wires
研究了在正常和反转带序量子阱中制备的碲化汞窄线的磁电阻效应中的弱反定域效应。在不同的栅极电压下的测量结果表明，WAL仅受Rashba自旋轨道分裂的微弱影响，并在Rashba分裂约为零时持续存在。具有正常频带排序的导线中的WAL信号比反转的导线小一个数量级。这些观测结果归因于碲化汞量子阱中的能带的Dirac拓扑结构。从磁场和温度的依赖关系，我们提取的退相长度和带贝里相位。对于具有正常能带结构的样品，较弱的WAL可以用总是超过π的非普适Berry相位来解释，π是无带隙狄拉克费米子的特征值。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
Magnetic properties of HgTe quantum wells
利用解析公式和有限差分方法，研究了在垂直磁场和硬壁存在下，HgTe/CdTe基量子阱的能谱和磁边态随磁场的变化关系，给出了相应于正常态和反转态的能带结构参数.虽然在正常状态下，在最高（类电子）价态和最低（类空穴）传导朗道能级之间的交叉点以下，人们无法找到反向传播的自旋极化态，但在反转状态下，人们仍然可以在有限的磁场中观察到这种状态，尽管这些状态不再受到时间反演对称性的保护。此外，在碲化汞量子阱的体磁化强度和磁化率进行了研究，特别是它们的依赖于磁场，化学势，和载流子密度。我们发现，对于固定的化学势以及固定的载流子密度，磁化强度和磁化率在正常和倒置制度表现出de Haas-van Alphen振荡，其幅度随温度的升高而减小。此外，如果能带结构被反转，则基态磁化（以及因此基态磁化率）在最高价态和最低传导朗道能级之间的交叉点处是不连续的。在有限的温度和/或掺杂下，这种不连续性被电子和空穴的贡献所抵消，并且总磁化强度和磁化率是连续的。在正常状态下，这种基态磁化强度的不连续性不会出现，并且磁化强度在零温度和有限温度下都是连续的。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport in Double Quantum Well with Inverted Energy Spectrum: HgTe/CdHgTe
本文首次对碲化汞双量子阱系统进行了实验研究。的磁输运揭示了一个相当大的重叠的传导和价电子带比已知的碲化汞单量子阱（QW），这可以通过施加的栅极电压$V_g$调节。这种大的重叠表现在更高的临界场$B_c$中，该场将其上方的量子特性随$V_g$线性变化的范围与下方的具有复杂行为的范围分开。在后一种情况下，在霍尔磁阻$ρ_{xy}(B)$中观察到$N$形和双$N$形结构，与在类似的单量子阱中观察到的图像相比，它们的场尺度明显放大。从低场$N$形状的$ρ_{xy}(B)$的拟合和$ρ_{xx}(B)$中振荡的傅立叶分析中发现，在正和负$V_g$的整个研究范围内发现了共存的电子和空穴。这里的一个特殊特征是，发现的电子密度$n$在所研究的$V_g$的整个范围内几乎保持恒定，而空穴密度$p$从在极负$V_g$处的比$n$大6倍的值下降到在通过电荷中性点的极正$V_g$处的几乎为零。我们发现，这种差异之间的$n$和$p$源于一个数量级更大的状态密度的空穴在横向价带最大值比电子在导带最小值。我们解释了观察到的重入符号交替$ρ_{xy}(B)$之间的电子和空穴电导率和零电阻率状态的量子霍尔范围内的领域的基础上计算的图片的磁水平的DQW。
2015-10-29 cond-mat.mes-hall
Conductance oscillations at the interface between a superconductor and the helical edge channel in a narrow HgTe quantum well
实验研究了带反转二维电子系统边缘与超导体界面的电子输运。该界面是作为一个隧道NbN侧接触到一个狭窄的8~nm碲化汞量子阱。它展示了超导能隙内具有有限电导的典型Andreev行为。令人惊讶的是，电导是由一些等距振荡调制。这种振荡只出现在超导能隙内和最低温度1~K以下。振荡在垂直于二维电子系统平面的磁场中完全消失。相反，振荡的周期仅受最高的，高达14 T的，面内取向的磁场的微弱影响。我们解释这种行为的干涉振荡的螺旋一维边缘通道由于接近超导体。
2015-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Evolutions of helical edge states in disordered HgTe/CdTe quantum wells
研究了HgTe/CdTe量子阱中无序诱导边缘态随无序强度的演化。从超原胞的能带结构和波函数，它清楚地表明，导电螺旋边缘状态，这是负责报告的量子化电导平台，出现以上的临界无序强度后，间隙关闭相变。这些边缘状态，然后发现下降与无序强度的增加，在一个逐步的模式，由于有限宽度的效果，其中相对的边缘相互耦合，通过本地化的状态在散装。这是在鲜明的对比与本地化的边缘状态本身，如果磁紊乱掺杂，打破了时间反演对称性。通过标度分析得到了拓扑相的尺寸无关边界，并确定了在更强的无序下到Anderson绝缘体的Anderson转变，在其间，发现金属相将两个拓扑不同的相分开。
2011-06-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Microwave Photoresistance of a Two-Dimensional Topological Insulator in a HgTe Quantum Well
在110-169 GHz频率的微波辐照下，实验研究了碲化汞量子阱中二维拓扑绝缘体的微波光阻特性。这种光电阻的形成有两种机制。第一种机制是由于边缘电流状态的色散分支之间的跃迁，而第二种机制是由辐射对量子阱的体积的作用引起的。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional topological insulator state in double HgTe quantum well
二维拓扑绝缘体相已被观察到在单一的碲化汞基量子阱与反转的子带顺序。在双量子阱（DQW）中，层间的耦合引入了额外的自由度，从而产生丰富的相位图。通过研究碲化汞双量子阱的局域电阻和非局域电阻，我们观察到了无带隙半金属相和拓扑绝缘体相，这取决于样品的参数，并根据理论预测。我们的工作为实现多层拓扑绝缘体奠定了基础。
2020-04-08 cond-mat.mes-hall
Probing topological transitions in HgTe/CdTe quantum wells by magneto-optical measurements
在二维拓扑绝缘体中，如倒置的HgTe/CdTe量子阱，即使在低于临界磁场$B_\mathrm{c}$的有限磁场下，螺旋量子自旋霍尔（QSH）态仍然存在，而在临界磁场以上只能发现量子霍尔（QH）态。无论是无限的二维和有限条的几何形状，和可能的签名之间的过渡QSH和QH制度。在吸收光谱中，由于在两个制度中的非等距朗道能级，出现了几个峰。然而，在QSH制度，我们发现一个额外的吸收峰在低能量的有限带几何。这个峰值出现由于边缘状态的存在下，在这种几何形状，并持续为任何费米能级在QSH制度，而在QH制度的峰值消失，如果费米能级位于体间隙。因此，通过扫描栅极电压，由于该特征，可以在实验上区分QSH和QH状态。此外，我们研究了自旋轨道耦合和有限温度对这种测量方案的影响。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Thermal dissipation of the quantum spin Hall edge states in HgTe/CdTe quantum well
该研究针对HgTe/CdTe量子阱中量子自旋霍尔螺旋边缘态的热耗散问题，分析两类耗散源及无序的影响，发现常规耗散源无耗散、自旋耗散源引发耗散，为降低该系统热耗散提供线索。
2024-10-30 cond-mat.mes-hall
Backscattering of Dirac fermions in HgTe quantum wells with a finite gap
从理论和实验上研究了具有反转能带序的n型碲化汞量子阱的迁移率随密度的变化。虽然半导体异质结与抛物线色散表现出增加的载流子密度的迁移率，高品质的碲化汞量子阱表现出明显的迁移率最大值。我们表明，这种流动性异常是由于背散射狄拉克费米子从随机波动的带隙（狄拉克质量）。我们的发现为研究有限质量和随机质量的狄拉克费米子输运开辟了新的途径，这是迄今为止很难获得的。
2011-04-21 cond-mat.mes-hall
Fine structure of "zero-mode" Landau levels in HgTe/HgCdTe quantum wells
用远红外磁谱技术研究了具有反转能带结构的HgTe/HgCdTe量子阱。现实的计算朗道能级图已被执行，以确定所观察到的过渡。研究主要集中在一对特殊的“零模”朗道能级的磁场依赖性上，朗道能级的特征是从上导带和下价带分裂，并在外加磁场下合并。所观察到的避免这些水平的交叉暂时归因于锌共混物化合物的本体反转不对称性。
2010-11-23 cond-mat.mes-hall
Quantum Spin Hall Effect and Topological Phase Transition in HgTe Quantum Wells
我们表明，量子自旋霍尔效应，一种与传统的绝缘体不同的拓扑性质的物质状态，可以实现在碲化镉半导体量子阱。通过改变量子阱的厚度，电子状态在临界厚度$d_c$处从正常型变为“反转”型。我们发现，这种转变是一个拓扑量子相变之间的一个传统的绝缘相和一个相位表现出的QSH效应与一对螺旋边缘状态。我们还讨论了QSH效应的实验检测方法。
2006-11-15 cond-mat.mes-hall
Evidence for Helical Edge Modes in Inverted InAs/GaSb Quantum Wells
本文对InAs/GaSb复合量子阱的杂化带隙中的低温电子输运进行了实验研究。静电门用于将费米能级推入间隙区，测量电导随样品长度和宽度的变化。我们的分析显示了Liu等人[Phys. Rev. Lett.，100，236601（2008）]。边缘模式持续尽管相当大的体传导，并显示出只有一个弱的磁场依赖性-一个直接的结果，间隙开放远离区中心。
2011-05-01 cond-mat.mes-hall
Linear magnetoresistance in HgTe quantum wells
我们报道了具有反转能带结构的碲化汞量子阱中的磁输运测量，该量子阱预计是二维（2D）拓扑绝缘体。垂直于2D层的小磁场破坏了时间反演对称性，从而抑制了边缘态传输。在低磁场下，当化学势穿过体隙时，观察到线性磁电阻。该磁阻很好地描述了在存在的边缘状态的磁输运的数值计算的无序。随着磁场的增加，在局域和非局域组态中测得的电阻先急剧减小，然后又增加，与现有的理论不一致。
2013-02-27 cond-mat.mes-hall
Signatures of topology in ballistic bulk transport of HgTe quantum wells
我们计算了基于碲化汞量子阱的二维拓扑绝缘体在弹道机制下的体输运性质。有趣的是，我们发现，电导和散粒噪声是明显不同的所谓的正常制度（拓扑平凡的情况下）和所谓的倒置制度（拓扑非平凡的情况下）。因此，不仅可以通过可观察的边缘性质而且可以通过可观察的体性质来验证二维拓扑绝缘体的拓扑序。这是很重要的，因为我们表明，在某些条件下，批量的贡献可以占主导地位的边缘贡献，这使得它有必要充分了解前者的解释未来的实验在干净的样品。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall
Quantum tunneling through planar p-n junctions in HgTe quantum wells
我们证明了在具有反转能带结构的碲化汞量子阱中产生的pn结具有有趣的带内和带间隧穿过程。我们发现电子垂直注入到pn结的界面上时，有一个理想的带内传输。通过改变入射角、费米能级和Rashba自旋轨道相互作用的强度，可以调节穿过pn结的电子的不透明度和透明度。由于准一维pn结中拓扑边缘态的形成而出现的电导平台可以通过调节栅电压来接通和关断。当样品表现出中等强度的Rashba自旋轨道相互作用时，自旋取向可以基本上旋转。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall
Magnetic field effects on edge and bulk states in topological insulators based on HgTe/CdHgTe quantum wells with strong natural interface inversion asymmetry
提出了一种基于HgTe/HgCdTe量子阱的二维拓扑绝缘体中螺旋边缘态的电子结构和塞曼效应理论.界面反转的不对称性，反映了真正的原子结构的量子阱，大幅修改体和边缘状态。对于面内磁场，这种不对称性导致边缘状态有效$g$因子的强各向异性，其变得依赖于边缘取向。界面反转的不对称性还耦合了面外磁场中的反向传播边缘态，导致边缘态谱中的间隙被任意小场打开。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall
Aniotropy of in-plane g-factor of electrons in HgTe quantum wells
本文报道了电子型（013）-HgTe/Hg $_{1-x}$ Cd $_x$ Te量子阱中Shubnikov-de Haas（SdH）效应的实验研究结果。通过对不同取向的磁场相对于量子阱平面和晶体学电子轴的SdH振荡的综合分析，我们可以研究塞曼效应的各向异性。对于具有反转谱的量子阱，自旋分裂与轨道分裂的比值不仅强烈依赖于磁场相对于量子阱平面的取向，而且还依赖于面内磁场分量相对于位于量子阱平面内的晶轴的取向，这意味着面内g因子具有很强的各向异性。在具有正常光谱的量子阱中，该比值强烈地依赖于磁场与量子阱平面法线之间的角度，并且在量子阱平面中显示出非常轻微的各向异性。为了解释这些数据，在四带\emph{kP}模型的框架下计算了倾斜磁场中的朗道能级。结果表明，只有考虑界面反转的不对称性，才能定量描述实验结果。
2019-09-17 cond-mat.mes-hall
Influence of bulk inversion asymmetry on the magneto-optical spectrum of a HgTe topological insulator
从理论上研究了[001]和[013]生长的HgTe量子阱中体反转不对称性的影响。体反转不对称性导致HgTe拓扑绝缘体中两个零模朗道能级之间的反交叉间隙，即，具有反转能带结构的量子阱。发现这是对最近实验磁谱测量中观察到的反交叉分裂的主要贡献。相关的光学跃迁涉及不同的子带，但电子-电子相互作用引起的退极化位移被发现是可以忽略不计的小。当磁场偏离量子阱的垂直方向时，这种反交叉的分裂仅弱地依赖于倾斜角。因此，体反转不对称性的强度可以通过理论计算的单电子能级和实验观察到的反交叉能隙之间的直接比较来确定。
2013-09-22 cond-mat.mes-hall
Transport through the network of topological channels in HgTe based quantum well
拓扑绝缘体代表物质的一种新的量子态，其特征在于边缘或表面态以及体中的绝缘带隙。在基于临界宽度碲化汞量子阱的二维系统中，阱宽与平均阱宽的随机偏离导致了零能隙二维狄拉克费米子系统到二维拓扑绝缘体或普通绝缘体的局域交叉，沿零能隙线形成复杂的平面内螺旋沟道网络.实验研究了临界宽度HgTe量子阱在Dirac点附近的输运性质，其中电导由沿零能隙线的渗流决定。实验结果证实了有限宽度的导电沟道的存在。我们的工作建立了临界宽度碲汞量子阱作为一个有前途的平台，拓扑结构和本地化之间的相互作用的研究。
2021-11-30 cond-mat.mes-hall
Landau level spectroscopy of valence bands in HgTe quantum wells: Effects of symmetry lowering
用朗道能级谱研究了一系列p型HgTe/HgCdTe量子阱的价带的电子结构。我们发现，标准的轴对称4带凯恩模型，这是目前广泛应用于物理学的碲化汞拓扑材料，不完全占我们的实验中观察到的复杂的磁光响应-值得注意的是，意外避免交叉的激发和出现的过渡，是电偶极禁止在这个模型。然而，当标准模型扩展到包括体和界面反转不对称性的影响时，实现了与实验的合理一致。这些消除了轴对称性，并且其中，深刻地修改了价带的形状。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall
Quantum anomalous Hall effect in Mn doped HgTe quantum wells
测量了具有反向能带结构的顺磁性（Hg，Mn）Te量子阱的磁输运特性.栅极电压控制的密度相关测量揭示了从n型到p型电导的过渡状态中的不寻常行为：大约70 mT的非常小的磁场足以诱导过渡到nu = -1量子霍尔态，其延伸到至少10特斯拉。起始场值对于意外宽的栅极电压范围保持恒定。基于温度和角度相关的磁场测量结果，我们发现这种异常行为是由于在这些磁掺杂量子阱中实现了量子反常霍尔态。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Numerical study of the topological Anderson insulator in HgTe/CdTe quantum wells
研究了无序对HgTe/CdTe半导体量子阱中输运性质的影响。我们证实，在一个中等的无序强度，最初未量子化的两端电导变得量子化，系统的新拓扑安德森绝缘体（TAI）的过渡。计算的条形和圆柱形样品的电导揭示了TAI的拓扑特征，并支持螺旋边缘态可能导致反常量子化平台的观点。通过计算局域电流的分布，研究了无序的影响。在此基础上，直接解释了量子自旋霍尔区和TAI区中的无序现象。我们对局部电流组态的研究进一步阐明了异常平台的机制。
2009-05-28 cond-mat.mes-hall
Time Reversal Symmetric Topological Exciton Condensate in Bilayer HgTe Quantum Wells
我们研究了双层系统的临界碲化汞量子阱，每个具有自旋简并对无质量狄拉克费米子。在存在静电层间库仑耦合的情况下，我们自洽地确定了系统的激子凝聚序参量。通过计算平均场哈密顿量的体拓扑$\mathbb Z_2$不变量，我们发现了一种新的时间反演对称拓扑激子凝聚态，即螺旋拓扑激子凝聚态.我们认为，这一阶段可以存在的实验相关参数。有趣的是，由于它的多带性质，本双层模型表现出非平凡的自发对称性破缺和拓扑结构之间的相互作用：取决于该对称性的凝聚体序参量自发地挑选在组合的轨道和自旋空间，稳定的最小值对应于平凡和非平凡的带隙状态的自由能可以被发现。
2014-04-14 cond-mat.mes-hall
Anisotropic conductivity and weak localization in HgTe quantum well with normal energy spectrum
本文报道了窄量子阱碲化汞在正常能谱下干涉感生磁导的实验研究结果。考虑到电导率各向异性进行分析。结果表明，对应于相弛豫时间的拟合参数τ_r随电导率（σ）的增大和温度的降低而增大，并遵循1/T定律。这种行为类似于在具有简单能谱的通常二维系统中观察到的行为，并且对应于作为相位弛豫的主要机制的电子-电子相互作用的非弹性。然而，它与在宽HgTe量子阱中用倒谱法所得到的τ_r实际上与σ无关的结果有很大的不同。据推测，一个不同的结构的电子多分量波函数的倒量子阱和正常的量子阱可能是这种差异的原因。
2013-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Tunable spin-polarized edge transport in inverted quantum-well junctions
倒置HgTe/CdTe量子阱已被用作实现2D拓扑绝缘体的平台，该绝缘体材料具有受时间反转对称性保护的自旋螺旋金属边缘状态。本文研究了HgTe/CdTe量子阱结的光谱和电荷输运特性，包括拓扑结构和时间反演对称性两种情况。我们采用BHZ有效哈密顿量对系统进行建模，并采用有限差分法计算了系统的输运性质。具体来说，我们研究了材料的空间分辨电导设置与门控中心区域，形成单极（n-n $^{\prime}$ -n）和异极（n-p-n，n-TI-n）的双结，最近已经在实验中实现。我们发现制度中的边缘状态进行自旋极化电流的中心区域，即使在存在一个小的磁场，这打破TRS。更有趣的是，电导显示自旋相关的法布里-珀罗振荡作为中央栅极电压的函数，产生通过器件的可调谐的完全自旋极化电流。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall
Quantum transport of Dirac fermions in HgTe gapless quantum wells
研究了具有临界阱厚的碲化汞量子阱的输运性质，其中带隙是封闭的，低能谱由单个狄拉克锥描述。在这项工作中，我们检查了宏观和微米尺寸（介观）的样品。在微米尺寸的样品中，我们观察到磁场诱导，量子化电阻（$\sim h/2e^{2}$）在朗道填充因子$ν=0$，对应于形成的螺旋边缘状态为中心的电荷中性点（CNP）。在宏观样品中，零朗道能级（LL）附近的电阻显示出强烈的振荡，我们归因于边缘$ν=0$态和体$ν\neq 0$空穴LL之间的散射。我们提供了一个模型，采取实证的方法来构建一个LL图的基础上的油藏的情况下，形成的沉重的孔。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall
Spin polarized Charge Trapping and Transfer at a HgTe Topological Insulator Quantum Dot
本文从理论上论证了在具有反能带结构的HgTe/CdTe量子阱（QW）上通过双拓扑绝缘体收缩（TIC）形成载流子陷阱单元。将HgTe/CdTe量子阱样品构图成霍尔栅器件，并通过在量子阱上紧密地添加分裂栅电极形成拓扑量子点。与传统的半导体量子点形成鲜明对比的是，在所提出的量子霍尔条系统中拓扑边缘态的存在或不存在导致具有大开/关比的TIC的不同的传播/绝缘状态。该拓扑量子点通过适当地调节施加到分离栅极的电压而用作具有近乎完美的编程/擦除效率的载流子陷阱存储器元件。为了完整起见，我们还证明了量子点中的Rashba自旋轨道相互作用不会破坏拓扑边缘态，并且对量子霍尔条的电导影响可以忽略不计。当在量子点中施加垂直磁场时，电导的快速振荡可以被抑制。
2016-08-23 cond-mat.mes-hall
Robust Helical Edge Transport in Quantum Spin Hall Quantum Wells
我们发现，在基于量子自旋霍尔系统的狄拉克点的掩埋可以产生意想不到的鲁棒性的边缘状态的磁场。详细的${\bf k\cdot p}$能带结构分析表明，InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子阱表现出这样的埋狄拉克点。通过模拟运输中的一个有效的模型内描述的无序系统，我们进一步证明，埋狄拉克点产生近量子化的边缘传导到大磁场，与最近的实验一致。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall
Quantum Oscillations of Photocurrents in HgTe Quantum Wells with Dirac and Parabolic Dispersions
报道了在不同宽度的HgTe/HgCdTe量子阱中观测到的太赫兹辐射诱导光电流的磁振荡现象。HgTe/HgCdTe量子阱具有类Dirac-like、倒抛物型和正抛物型能带结构。光电流数据伴随着光电阻（光电导），辐射传输，以及磁输运的测量。我们开发了一个回旋共振辅助光电流效应的微观模型，描述了主要的实验结果。我们证明了光电流的量子振荡是由于费米能级与朗道能级的交叉导致自旋极化率和自旋子带电子迁移率的振荡。理论解释了实验中观察到的光电流方向随磁场变化而反转的现象。我们描述了与Shubnikov-de Haas效应的热抑制有关的光电导振荡。
2014-07-07 cond-mat.mes-hall
Evidence on the macroscopic length scale spin coherence for the edge currents in a narrow HgTe quantum well
我们实验研究自旋极化电子输运之间的两个铁磁接触，放置在边缘的二维电子系统的带反转。该系统在窄（8~nm）HgTe量子阱中实现，铁磁侧接触由预磁化的坡莫合金薄膜形成。在零磁场中，我们发现一个显着的边缘电流的两个铁磁接触之间的传输的贡献。实验证明，这种输运对两个200~ $μ$ m间距的铁磁引线的磁化方向的相互取向是敏感的。这是宏观距离上自旋相干边输运的直接实验证据。因此，自旋是非常强大的边缘的二维电子系统与带反转，确认螺旋自旋分辨性质的边缘电流。
2015-05-18 cond-mat.mes-hall
Robust helical edge transport at $ν=0$ quantum Hall state
在具有狄拉克锥的二维材料中，最有趣的预测之一是第零朗道能级（LL）的存在，该能级由具有相反手性的电子和空穴均等地填充。在LL填充因子$ν=0$带隙的量子霍尔态处，塞曼分裂产生了具有螺旋自旋结构的无隙边缘态。我们在零能隙碲化汞量子阱中观测到了$ν=0$量子霍尔态的巨非局域四端输运。我们的实验清楚地证明了在单谷狄拉克锥材料系统中存在鲁棒的螺旋边缘态。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Quantum strain sensor with a topological insulator HgTe quantum dot
提出了碲化汞量子点的电子学性质理论，并提出了一种基于应变驱动跃迁的应变传感器，该跃迁从具有反向能带结构和强拓扑保护的量子边缘态的碲化汞量子点跃迁到能隙中没有边缘态的正常态.边缘态的存在或不存在导致跨量子点的电导率的大的开/关比，其可通过调节源极-漏极电压窗口中的导电沟道的数量来调节。HgTe量子点的电子性质作为尺寸和施加的应变的函数描述使用八带kp Luttinger和Bir-Pikus哈密顿量，与表面状态确定与Luttinger旋量的手征性，并通过广泛的数值对角化的哈密顿量。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Inelastic electron backscattering in a generic helical edge channel
本文计算了无轴向自旋对称的一维螺旋液体的低温电导。这种对称性的缺乏允许单个电子的非弹性后向散射，伴随着另一个电子的前向散射。这种弱相互作用和潜在的杂质散射的联合效应导致与量子化电导$δG \propto T^4$的温度依赖性偏差。此外，$δG$对费米能级的位置敏感。我们确定数值参数进入我们的通用模型的Bernevig-Hughes-Zhang哈密顿的碲化镉量子阱中存在的Rashba自旋轨道耦合。
2012-05-04 cond-mat.mes-hall
Chiral Majorana edge states in HgTe quantum wells
碲化汞基量子阱由于能够实现具有螺旋边态保护的二维拓扑绝缘体而受到广泛关注。另一类拓扑系统是具有马约拉纳边态的拓扑超导体（TSC）。在本文中，我们展示了如何在大量的碲化汞量子阱的邻近诱导的s波超导性，并在塞曼场的存在下，可以表现出一个TSC与手征马约拉纳边缘状态。我们计算的拓扑不变量和相应的马约拉纳边缘状态明确内的四带模型占反转对称性破缺项由于Rashba自旋轨道耦合和散装反转不对称存在于这些量子阱。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum oscillations of transport coefficients and capacitance: an unexpected manifestation of the spin-Hall effect
本文通过对比GaAs、InGaAs和HgTe量子阱中输运系数与电容的量子振荡，发现电阻与霍尔系数振荡振幅比的异常差异源于自旋轨道相互作用对电子散射的影响，揭示了自旋霍尔效应的意外表现。
2022-12-29 cond-mat.mes-hall
Dynamical screening function and plasmons in the wide HgTe quantum wells at high temperatures
本文对宽碲化汞量子阱中二维电子气的动力学屏蔽函数进行了数值模拟。在随机相位近似（RPA）框架中提供计算，并基于Lindhard方程。我们的模拟直接纳入非抛物性的体二维载流子光谱，这是由全8带k.p方法获得的。在文献中存在的数据，碲化汞量子阱的输运性质的解释石墨烯类屏蔽。我们提供的屏蔽功能的薛定谔费米子的反带碲汞量子阱与适当的屏蔽功能的石墨烯单层狄拉克费米子的比较。此外，为了研究量子阱结构在高频辐射下的输运特性，还研究了碲汞屏蔽函数与温度、散射波矢和频率的关系。计算了碲化汞量子阱中2DEG的等离子体激元频率，在T=77K的长波范围内.
2018-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of electrical current by spin precession in the first Landau level of an inverted-gap semiconductor
我们展示了如何在一个倒带隙半导体（与电子和空穴的状态在导带和价带边缘互换）的量子霍尔效应可以用来注入，旋进，并沿一维路径检测电子自旋。将电子运动限制在一个空间维度上，确保了所有电子在平行磁场中经历相同量的进动，从而可以打开和关闭全部电流。作为一个例子，我们计算了碲化汞量子阱中的p-n界面的磁导，并展示了它如何可以用来测量由于体反转不对称性的自旋进动。
2009-10-27 cond-mat.mes-hall
Disorder and magnetic-field induced breakdown of helical edge conduction in an inverted electron-hole bilayer
我们计算了具有反转电子-空穴带的二维双层膜的电导，研究了量子自旋霍尔绝缘体（具有螺旋边导电）对静电无序和垂直磁场组合的敏感性.螺旋边缘传导的特征击穿场分裂成两个场，随着无序度的增加，场$B_{c}$用于过渡到量子霍尔绝缘体（支持手征边缘传导）和较小的场$B'_{c}$用于过渡到准金属制度中的体传导。InAs/GaSb量子阱的反转带的空间分离对于磁场诱导的体导电是必不可少的-在碲化汞量子阱中没有这样的机制。
2014-04-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Quantum Spin Hall Effect in Inverted Type II Semiconductors
量子自旋霍尔（QSH）态是量子物质的一种拓扑非平凡态，它保持了时间反演对称性;它在本体中具有能隙，但在边缘处具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，这一新的效应已被预测和观察到的碲化汞量子阱。在这项工作中，我们预测在由InAs/GaSb/AlSb制成的II型半导体量子阱中产生类似的效应。量子阱能带结构具有与CdTe/HgTe量子阱类似的“反转”相，当费米能级位于带隙内时，其为QSH态。由于该量子阱的非对称结构，反转对称性破缺和层间电荷转移效应是必不可少的。通过标准的自洽计算，我们表明，QSH状态持续存在时，包括这些修正，和正常的绝缘体和QSH相位之间的量子相变可以通过栅极电压电调谐。
2008-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Many-particle effects in optical transitions from zero-mode Landau levels in HgTe quantum wells
本文报道了碲化汞量子阱在不同电子浓度下的远红外磁谱。我们特别关注从零模朗道能级的光学跃迁，它从类电子和类空穴带的边缘分裂。我们观察到一个显着的依赖性的跃迁能量的电子浓度变化的持续光电导效应。这是一个惊人的证据，除了已经被充分证明的晶体和界面的不对称性，电子-电子相互作用也有一个显着的影响，从零模式朗道能级的光学跃迁的通常行为。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
