Interference-induced magnetoresistance in HgTe quantum wells
利用Bernevig-Hughes-Zhang模型研究了碲化汞量子阱电导率的量子干涉修正。这个模型由两个独立的大质量狄拉克费米子组成。我们描述的正交和辛类之间的交叉与载流子浓度的增加，并计算，分别弱本地化和反本地化校正的情况下，块混合，并假设白噪声无序内的每个块。我们计算了宽间隔磁场中的干涉感生磁电阻，特别是在扩散区之外。值得注意的是，每个狄拉克锥分别给出了一个线性贡献的低场磁阻，这原来是不对称的磁场$B$。我们提出了一个解释这个结果的Berry相形式主义。通过将$B$替换为$-B$，两个块的贡献彼此相关，使得总磁阻在极限$B\to 0$内是对称的和抛物线的。然而，在一定范围内的参数场的依赖原来是强烈的非单调。我们还表明，块混合引起额外的奇异扩散模式，不显示在没有混合。
2014-07-31 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in Cd3As2 thin films
最近，理论预测Cd 3As 2是一种三维Dirac材料，是继拓扑绝缘体之后发现的一种新的拓扑相，它在体相中具有线性的能量色散，且具有无质量的Dirac费米子。在这里，我们报告的低温磁电阻测量的~ 50 nm厚的Cd 3As 2膜。基于二维Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）理论，讨论了垂直磁场下的弱反局域化。基于温度相关的标度行为，电子-电子相互作用被视为退相的来源。当磁场平行于电场时，由于不同电导通道间的强相互作用，在准二维薄膜中也可以观察到弱的反定域。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall
Spin Splitting and Disorder in HgTe-Based Massless Dirac Fermion Landau Levels
实验研究HgTe量子阱中无质量狄拉克费米子的朗道能级，发现界面反演不对称性导致自旋劈裂（γ=1.5 meV），并观察到狄拉克点附近无序增强。
2023-10-16 cond-mat.mes-hall
Helical edge and surface states in HgTe quantum wells and bulk insulators
量子自旋霍尔（QSH）效应是一种新的物质状态的性质，其保持时间反演，在体中具有能隙，但在边缘具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，它已被证明，碲化汞量子阱实现这种新颖的效果。在本工作中，我们从现实的紧束缚模型出发，证明了HgTe量子阱中螺旋边态的存在，并计算了它们的物理性质。我们还表明，3d碲汞是一个拓扑绝缘体单轴应变下，并表明，表面状态描述的单组分无质量的相对论狄拉克费米子在2+1维。实验预测的基础上从现实的计算得到的定量结果。
2007-05-10 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
Weak Localization and Antilocalization in Topological Materials with Impurity Spin-Orbit Interactions
拓扑材料在实验和理论上都引起了广泛的关注。它们在能带结构（本征）和杂质势（非本征）中都表现出很强的自旋轨道耦合，尽管后者常常被忽略。本文讨论了拓扑绝缘体中无质量狄拉克费米子和Weyl半金属薄膜中有质量狄拉克费米子的弱定域和反定域，同时考虑了内、外自旋轨道相互作用.物理学是由复杂的相互作用的手征自旋纹理，准粒子质量，标量和自旋轨道散射。我们表明，非本征自旋轨道散射的线性项一般存在于所有拓扑材料的布洛赫和动量弛豫时间，和校正的扩散常数是线性的强度的非本征自旋轨道。在TI中，准粒子质量为零，杂质自旋-轨道耦合中的线性项导致弱反局域化校正中可观察到的密度依赖性。他们产生实质性的修改的磁导率，大大不同于传统的HLN公式传统上用于实验拟合，预测从弱本地化到反本地化的外部自旋轨道强度的函数的交叉。相反，我们的分析表明，拓扑绝缘体总是表现出弱的反局域化。在WSM薄膜具有中间到大值的准粒子质量的非本征自旋轨道散射强烈地影响边界的弱本地化反本地化过渡。我们产生了一个完整的相图作为质量和自旋轨道散射强度的函数，这种转变。我们讨论了实验的影响，并提供了一个简短的比较与过渡金属dichalcogenides。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall
Magnetohydrodynamics and electro-electron interaction of massless Dirac fermions
研究了无带隙碲化汞量子阱中无质量狄拉克费米子的磁输运性质。在具有窄通道的样品中，观察到具有洛伦兹分布的大的负磁阻，这被解释为由于电子-电子相互作用而导致的电子粘性的表现。通过实验与理论的比较，得到了电子-电子散射引起的狄拉克费米子的剪切应力弛豫时间。
2021-07-30 cond-mat.mes-hall
HgTe quantum wells for QHE metrology under soft cryomagnetic conditions: permanent magnets and liquid ${^4He}$ temperatures
厚度为${\sim}$ 7 nm的HgTe量子阱可以具有石墨烯状能带结构，并且最近已经提出在高于特定临界场$B_c$的场中操作的条件下作为量子霍尔效应（QHE）电阻标准的潜在候选者，在该临界场之上拓扑相（具有寄生边缘传导）消失。我们目前的实验研究的不同的碲化汞量子阱的磁电阻作为温度和磁场的函数，确定的临界磁场$B_c$。我们证明，对于特定宽度的量子阱$B_c$变得足够低，以允许观察到非常宽的QHE平台在填充因子${v=-1}$（孔）在放松的冷磁条件：而使用商业0.82 T钕永磁体和温度的几个开尔文提供的${^4He}$液体系统。能带结构计算使我们能够定性地解释由于轻空穴和重空穴能量子带（价带的侧极大值）之间的相互作用而观察到的现象。我们的工作清楚地表明，具有无质量狄拉克费米子的碲化汞量子阱的特殊能带结构性质使它们成为开发具有宽松冷磁条件的超导器件的理想平台。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall
Large gap quantum spin Hall insulator, massless Dirac fermions and bilayer graphene analogue in InAs/Ga(In)Sb heterostructures
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）态已经在两个半导体系统- HgTe/CdTe量子阱（QWs）和InAs/GaSb量子阱双层中得到证实。与HgTe/CdTe量子阱不同，InAs/GaSb量子阱双层结构的反向带隙在布里渊区的$Γ$点处不开放，从而阻止了无质量狄拉克费米子的实现。在这里，我们提出了一类新的半导体系统的基础上InAs/Ga（In）Sb多层膜，托管QSHI状态，石墨烯类相和双层石墨烯类似物，这取决于它们的层厚度和几何形状。QSHI间隙在新的结构可以达到60 meV的现实设计和参数。该值是室温下热能的两倍，显著扩展了基于III-V族晶闸管的拓扑器件的应用潜力。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Finite difference method for transport properties of massless Dirac fermions
我们采用有限差分法求解二维无质量狄拉克方程，在格点规范理论的背景下，在石墨烯片或表面上的拓扑绝缘体的导电计算。离散的狄拉克方程保留了一个单一的狄拉克点（没有“费米子加倍“），避免谷间散射以及三角翘曲，并保持单谷时间反演对称性（=辛对称性）在所有的长度尺度和能量-在牺牲非局部有限差分近似的微分算子。通过计算电导率随样品尺寸的变化，证明了辛对称性，得到了由于反局域化而引起的对数增加。我们还计算了样品到样品的电导波动以及散粒噪声功率，并与分析预测进行比较。
2008-10-27 cond-mat.mes-hall
Interaction-controlled transport in a two-dimensional massless-massive Dirac system: Transition from degenerate to nondegenerate regimes
本文通过理论与实验结合，研究基于HgTe三量子阱的二维无质量-有质量狄拉克系统，揭示其从简并到非简并区域中电子相互作用对输运性质的不同调控规律。
2024-05-03 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization and localization in disordered and interacting Weyl semimetals
利用Feynman图技术，从量子干涉和电子-电子相互作用出发，推导了三维无序Weyl半金属有限温度电导率和磁导率的计算公式.对于单一的外尔费米子谷，我们发现，在低温下，由于弱的反局域化，磁导率是负的，并且与磁场的平方根成正比。通过考虑弱反定域、Berry曲率修正和洛伦兹力的贡献，我们将计算的磁导率与最近的实验结果进行了比较。弱反局域化在零场附近总是主导导磁率，从而给出了Weyl半金属的输运特征之一。在强谷间散射和相关性的存在下，我们预计从弱反本地化到弱本地化的交叉。此外，我们发现，电子-电子相互作用和无序散射的相互作用总是在低温下主导电导率，并导致局域化的趋势。最后，我们提出了一个系统的比较单谷外尔费米子，二维无质量狄拉克费米子，和三维常规电子的输运性质。
2015-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-helical transport in normal and superconducting topological insulators
在拓扑绝缘体（TI）中，电子输运的特征从材料内部的绝缘到其表面附近的金属而变化。然而，与普通金属不同的是，TI中的导电表面态是拓扑保护的，并且其特征在于自旋螺旋性，由此电子自旋的方向被锁定到动量方向。在本文中，我们回顾了选定的主题，最近的理论和实验工作的电子输运和相关现象在二维（2D）和三维（3D）TI。本文重点介绍了碲化汞量子阱中的量子自旋霍尔效应以及3DTI的输运性质，如表面弱反定域、半整数量子霍尔效应、s + p波诱导超导、超导Klein隧穿、拓扑Andreev束缚态和相关的Majorana中隙态。TI的这些性质具有实际意义，指导着拓扑自旋电子学路线的探索。
2012-11-30 cond-mat.mes-hall
Interactions-controlled magnetotransport in two-dimensional massless-massive fermion mixtures
研究二维无质量-有质量费米子混合物中磁输运特性，揭示相互作用对电阻率和霍尔效应的影响，发现不同相互作用势下的温度行为差异。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall
Two-dimension Dirac fermions system in CdHgTe quantum wells
本文报道了厚度分别为7.4和11.5 nm的两种量子阱Cd $_{0.02}$ Hg $_{0.98}$ Te和Cd $_{0.06}$ Hg $_{0.94}$ Te的输运和电容谱研究。选择Cd的分数的方式是，预期两个量子阱具有狄拉克费米子系统典型的无隙能带结构。我们已经建立了第一个量子阱具有质量稍好，然后在传统的碲化汞量子阱的临界厚度的狄拉克费米子系统的质量。第二量子阱表现出高质量的二维拓扑绝缘体态，其能隙约为10 meV，并且具有良好的边缘输运，使其成为进一步研究和应用拓扑绝缘体的良好候选者。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Interference Theory of Magnetoresistance in Dirac Materials
狄拉克半金属和拓扑绝缘体的磁电阻在很宽的磁场范围内表现出非单调的特性。本文给出了Dirac材料中由于标量杂质散射势中的量子干涉而产生的无质量和有质量Dirac费米子的导磁率公式。它揭示了一个惊人的交叉，从积极到消极的磁阻，揭示弱本地化和弱反本地化之间的强竞争，在不同的化学势，有效质量和有限的温度下，在多个Cooperon模式。这些工作揭示了导带和价带的强耦合在拓扑非平凡和平凡Dirac材料中量子干涉输运中的重要作用。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interacting topological edge channels
量子自旋霍尔绝缘体中的电流被限制在系统的边界。载流子可以被描述为无质量的相对论粒子，其自旋和动量彼此耦合。虽然这些状态的螺旋特性现在已经在实验上得到了很好的建立，但当这些边缘状态在空间上接近时，它们如何相互作用仍然是一个基本的开放问题。我们采用拓扑量子点接触，引导边缘通道从相对的两侧进入准一维收缩，基于倒置碲化汞量子阱。除了预期的量化在整数步骤的$2 e^2/h$，我们发现一个令人惊讶的额外的高原在$e^2/h$。我们解释我们的观察相结合的能带结构计算和排斥电子-电子相互作用的Tomonaga-Luttinger液体模型内捕获的效果。目前的结果可能有直接的影响，一维螺旋电子量子光学，马约拉纳和潜在的para-fermions的研究。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall
Photoexcitation in two-dimensional topological insulators: Generating and controlling electron wavepackets in Quantum Spin Hall systems
物理学中最吸引人的挑战之一是实现量子光学的电子对应物，这需要产生和控制单电子波包的能力。量子自旋霍尔（QSH）系统的边缘态，即在HgTe/CdTe和InAs/GaSb量子阱中实现的二维（2D）拓扑绝缘体，可以扭转该领域的潮流，因为它们不需要限制基于量子霍尔效应的实现的磁场。在这里，我们表明，一个电脉冲，本地化的空间和/或时间，并施加在一个QSH边缘，可以光激发电子波包内的分支电跃迁，而不调用体状态或塞曼耦合。这样的波包是自旋极化的，并以相反的方向传播，其密度分布与初始平衡温度无关，并且由于光谱的线性和表征无质量狄拉克电子的手征异常而不表现出色散。我们还调查了光激发的能量分布，并显示如何在适当的情况下，最小的激发（Levitons）产生。此外，我们表明，Rashba自旋轨道耦合的存在下，可以利用定制的光激发波包的形状。可能的实验实现进行了讨论。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall
Manifestation of Topological Protection in Transport Properties of Epitaxial Bi2Se3 Thin Films
三维拓扑绝缘体表面的无质量狄拉克费米子受到反向散射的保护，不能被无序定域，但当三维性丧失时，这种保护可以在超导薄膜中解除。通过测量一系列高质量Bi 2 Se 3薄膜中的Shubnikov-de Haas振荡，我们揭示了表面电导随厚度的系统演化，并发现了拓扑保护的显著表现：金属表面输运在临界厚度~6 nm以下突然减小，在该临界厚度下，表面态中的能隙打开，狄拉克费米子变得大量。同时，由于πBerry相的丢失，在能隙相中弱的反定域化行为减弱。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature conductivity and magnetoconductivity of topological insulators
拓扑绝缘体的电子输运实验面临着一个两难的选择。磁导率的负尖点被广泛认为是拓扑表面态的量子输运特征，这些拓扑表面态不受局域化的影响，并且表现出弱的反局域化。然而，当温度降低时，测得的电导率下降，表现出与普通无序金属一样的弱局域化的典型特征。本文在同时考虑电子-电子相互作用和量子干涉的情况下，给出了无质量和有质量狄拉克费米子的电导率公式，它是磁场和温度的函数.该公式通过明确阐明电导率的温度依赖性由相互作用主导，而磁导率主要由量子干涉贡献来调和这一困境。该理论为定量研究拓扑绝缘体和其他二维Dirac类系统（如石墨烯、过渡金属二硫属化物和硅烯）中的输运铺平了道路。
2014-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hard wall edge confinement in 2D topological insulators and the energy of the Dirac Point
在二维拓扑绝缘体（TI）中，如HgTe/CdTe或InAs/GaSb/AlSb量子阱，自旋极化边缘态具有无质量的类狄拉克色散.在基于4 × 4 BHZ哈密顿量和开边界条件（OBC）的硬壁处理中，波函数被弱限制在边缘附近，与边缘不接触。相比之下，标准的边界条件的波函数和其衍生物（SBC）导致强限制与峰值振幅的边缘。不幸的是，弱约束表现出与OBC波函数中包含的假间隙解相关的非物理行为。这是证实了由父多带哈密顿量的间隙解决方案，从其中较小的哈密顿量是派生出来的，表现出物理行为，不满足OBCs。与OBCs或其他基于唯象边界条件的方法不同，SBCs明确地处理壁。使用空晶体自由电子状态的真空具有相同的对称性作为TI状态的基础上，它表明，一个大的壁带隙重叠的TI只能通过包括一个薄的钝化层来实现。对于诸如二氧化硅的钝化材料，其中中间带隙能量几乎与TI的能量简并，狄拉克点非常接近中间带隙，并且实际上与TI带不对称性无关。处理还表明，一个显着的位移的分散可能会引入界面带混合。位移在狄拉克点处最大，并随边缘态波矢单调减小，当边缘态与体带边缘合并时消失。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall
Pseudo-relativistic fermions and topological states in zinc-blende semiconductors and their heterostructures (Habilitation thesis)
L’UNIVERSITÉ DE MONTPELLIER（蒙彼利埃大学）
本 habilitation 论文聚焦闪锌矿半导体及其异质结构中的赝相对论费米子与拓扑态，研究了HgCdTe、HgTe量子阱、InAs/Ga(In)Sb量子阱等体系的相关物理，部分预测获实验支持，于2026年3月在蒙彼利埃大学答辩。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall
Regular and irregular dynamics of Dirac-Weyl wavepackets in a mesoscopic quantum dot at the edge of topological insulator
研究了在二维HgTe/CdTe拓扑绝缘体边缘形成的介观量子点中电子在周期电场作用下的Dirac-Weyl自旋极化波包动力学，该介观量子点具有Dirac-Weyl无质量能谱，载流子的运动对无序势和杂质势不太敏感.据观察，强耦合的自旋和电荷自由度的相互作用，创建不规则的动力学在坐标和自旋通道的制度。通过Mathieu方程的Ince-Strutt图，在准经典方法内解析地发现由驱动场的强度和频率确定的规则和不规则制度之间的边界，并且由驱动动力学的全量子力学模拟支持。用Floquet方法对准能谱的研究揭示了非Poissonian能级统计的存在，这表明混沌量子动力学的可能性，并对应于准经典方法中不规则区域的参数区域。我们发现，弱无序的影响导致部分抑制的动力学混沌。我们的研究结果是感兴趣的量子混沌动力学的一个基本领域的进展，并为进一步的实验和技术应用的自旋相关的现象在纳米结构的基础上拓扑绝缘体。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
