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
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
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
Three-dimensional phase diagram of disordered HgTe/CdTe Quantum spin-Hall wells
在狄拉克质量、费米能级和无序强度的三维参数空间中计算了HgTe/CdTe量子阱的相图。相图揭示了量子自旋霍尔，金属和正常的绝缘相。量子自旋霍尔态的相边界被示出强烈变形的障碍。在这个3D相图中进行特定的切割，我们恢复了所谓的拓扑安德森绝缘体（TAI）相，但现在我们可以明确地证明TAI不是一个独特的相，而是量子自旋霍尔相的一部分。用$S_z$ -守恒和$S_z$ -非守恒哈密顿量进行计算。
2011-05-13 cond-mat.dis-nn 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
Split Dirac cones in HgTe/CdTe quantum wells due to symmetry-enforced level anticrossing at interfaces
我们描述了HgTe/CdHgTe量子阱的临界和接近临界厚度的狄拉克态的精细结构，并证明了由界面反转不对称驱动的狄拉克锥尖端之间的反交叉间隙的形成。通过结合对称性分析、原子计算、k-p理论和界面项，我们得到了能谱的定量描述，并提取了界面混合系数。狄拉克锥的零磁场分裂可以在研究磁输运现象、回旋共振、拉曼散射或太赫兹辐射吸收等方面得到实验证实。
2014-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Quantum revivals in HgTe/CdTe quantum wells and topological phase transitions
本文将波包时间演化分析扩展至HgTe/CdTe量子阱，利用二维有效Dirac Hamiltonians研究电子电流波包，发现其两种周期性在临界厚度附近最小、振幅最大，从而可表征拓扑相变。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing temperature with lattice matched HgTe/CdTe core/shell nanoparticles
光致发光（PL）的研究可以提供对半导体纳米颗粒（NP）的光学性质的基本洞察，但同样受到NP尺寸分布和低发光产率的限制。无机半导体核/壳结构具有耐久性、高发光量子产率（LQY）（在可见光范围内为10-80%）的附加优点，并且可用于生物标记、LED和发光测温应用。然而，发光测温需要窄的PL线宽，强烈的发光，并应随温度线性和可逆地变化，这是很难实现的晶格失配（3.9%-10.6%）的核/壳结构。在这里，我们报告了晶格匹配的，耐用的和非常小的（2.8nm）的碲化镉/碲化镉核/壳纳米粒子，其光学活性被证明是在紫外范围内，并产生了非常高的发光。PL随核/壳NP的温度的可逆变化被用作光学探针温度传感器，其分辨率为0.32%每开氏度，被认为是迄今为止报道的有效的发光温度计之一。
2010-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Andreev spectroscopy of doped HgTe quantum wells
我们研究了高迁移率HgTe/CdTe量子阱中的Andreev反射过程。我们发现Andreev电导探测了大质量2+1狄拉克费米子的动力学，并且即使在正常/超导结两侧的费米波长之间存在较大失配的情况下，也可以实现镜面Andreev反射和逆反射。
2010-08-08 cond-mat.mes-hall
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
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
Localized Andreev edge states in HgTe quantum wells
本文研究了在HgTe-CdTe量子阱中形成的拓扑绝缘体（TI）与置于CdTe层上的s波各向同性超导体（SC）耦合时，超导性与拓扑有序性的相互作用.邻近效应在TI中引起超导关联，影响TI电子态的分类。根据SC和TI中的耦合强度和初始化学势，边缘态要么（i）成为带隙的，要么（ii）杂交成局域Andreev态，要么（iii）与体态合并，将TI变成各向异性窄隙半导体。
2011-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Stimulated emission of plasmon-LO mode in narrow gap HgTe/CdHgTe quantum wells
我们计算了等离子体激元LO模的色散，同时考虑了电子极化率的空间色散。结果表明，在（013）面上生长的6 nm宽的HgTe/CdTe量子阱和5 nm宽的HgTe/Cd_（0.7）Hg_（0.3）Te量子阱中，在GaAs的Reststrahlen带对应的频率范围内，等离子体LO模的受激发射是可能的。由于等离子体激元-LO模式的色散定律的各向异性，[03-1]方向看起来对于产生是最佳的。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall
Nonlocal transport in a hybrid two-dimensional topological insulator
研究了由注入器和探测器组成的H型二维HgTe/CdTe量子阱中的非定域电阻，注入器和探测器都可以在量子自旋霍尔或金属自旋霍尔区进行调谐.由于HgTe/CdTe量子阱中存在强的自旋-轨道相互作用，因此在量子阱中存在自旋霍尔效应和非局域电阻。我们发现当探测器和注入器都处于量子自旋霍尔区时，非局域电阻量子化在$0.25\frac{h}{e^2}$，这对弱无序散射和小磁场是鲁棒的。当超过这个区域时，非局域电阻迅速减小，并受到无序和磁场的强烈抑制。在强磁场作用下，量子自旋霍尔区将转变为量子霍尔区，非局域电阻将消失。HgTe/CdTe量子阱特殊的能带结构产生了非局域信号，这种非局域信号在不同杂化区域的表现形式可以看作是二维拓扑绝缘体中螺旋量子自旋霍尔边缘态的指纹。
2015-07-07 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
Klein Tunneling of Spin Polarized Currents in HgTe Quantum Wells
研究了二维拓扑绝缘体中自旋极化电流的行为。采用Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型，在非完全绝缘体中引入电磁势垒，得到了HgTe/CdTe量子阱中的稳态解.在带隙区出现了衰减的量子自旋霍尔效应，并存在明显的类克莱因佯谬。更有趣的是，对于强势区，准粒子和势垒之间的相互作用允许这种电子态在不同的沟道传导中自旋反转。因此，我们的研究结果表明，在这个系统中操纵自旋极化电流的机制。
2017-12-29 cond-mat.mes-hall
Negative polarizability of 2D electrons in HgTe quantum well
本文计算了CdTe/Cd$_x$Hg$_{1-x}$Te/CdTe量子阱中电子的极化率，发现无镉量子阱中二维电子具有负极化率，其位移与电场作用力方向相反，可使介电常数降低达$(10-15)$个百分点。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions in two tunnel-coupled HgTe quantum wells. Bilayer graphene analogy and beyond
碲化汞量子阱具有显着的物理特性，例如量子自旋霍尔态和石墨烯的“单谷”类似物，这取决于它们的层厚度和势垒成分。然而，双碲化汞量子阱还包含更多迷人的和尚未揭示的功能。在这里，我们报告的量子相变的隧道耦合碲化汞层分离的碲化镉势垒的研究。我们证明，这个系统有一个3/2的伪自旋自由度，它具有一些特定的属性与自旋相关的碲化汞层之间的耦合。我们发现了一个特定的金属相在很宽的范围内的碲化汞和碲化镉层的厚度，其中一个无隙体和一对螺旋边缘状态共存。该相具有双层石墨烯的一些性质，例如非常规的量子霍尔效应和电可调带隙。在这个“双层石墨烯”阶段，电场打开带隙并驱动系统进入量子自旋霍尔态。此外，我们发现了一种新的量子相变所产生的第二类电子和空穴的子带之间的相互反转。这项工作为基于多层拓扑绝缘体的新型材料铺平了道路。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Comment to "Quantum Spin Hall Effect and Topological Phase Transition in HGTe Quantum Wells" by B. Andrei Bernevig, Taylor L. Hughes and Shou-Cheng Zhang Science 314, 1757 (2006)
本文是对B. M.“HGTe量子阱中的量子自旋霍尔效应和拓扑相变”一文的评论。作者：Andrei Bernevig，Taylor L. Hughes and Shou-Cheng Zhang Science 314，1757（2006）.本文证明了这些作者所认为的碲化汞阱内表面态的量子态在物理上是不正确的。态的动能为负。状态不能被识别为希尔伯特空间中的本征函数（向量）。因此，该状态可以用作拓扑状态理论的入门，在以下出版物中开发。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall
Spin Polarization Phenomena and Pseudospin Quantum Hall Ferromagnetism in the HgTe Quantum Well
在垂直场分量Bper为零和准经典范围内，用三种不同的方法从磁电阻中得到了HgTe量子阱\Gamma 8导带中电子气全自旋极化的平行场.在Bper的量子霍尔范围内，自旋极化表现为磁能级的反交叉，这被发现强烈非单调地依赖于Bper。
2011-07-28 cond-mat.mes-hall
Unprotected edge modes in quantum spin Hall insulator candidate materials
在量子自旋霍尔绝缘体候选材料，如碲化汞/碲化镉和砷化铟/镓锑异质结构的实验表明，除了拓扑保护的螺旋边缘模式，这些多层异质结构还可以支持额外的边缘状态，这可以有助于散射和运输。我们使用第一性原理计算推导出HgTe/CdTe，HgS/CdTe和InAs/GaSb异质结构的有效紧束缚模型，并证明了所有这些材料都支持对边缘终止敏感的附加边缘态.我们追溯这些国家的微观起源回到一个极小模型支持平带的非平凡的量子几何，引起极化电荷的边缘。我们表明，极化电荷转化为额外的边缘状态时，平坦带相互耦合，并与其他国家，形成描述完整的异质结的哈密顿量。有趣的是，在碲化汞/碲化镉量子阱的附加边缘状态是远离费米能级，使他们不有助于运输，但在碲化汞/碲化镉和砷化铟/镓锑异质结构中，他们出现在散装能隙引起的可能性，多模边缘运输。最后，我们证明，因为这些额外的边缘模式是非拓扑的，它是可能的，以消除它们从体能隙通过修改边缘电位，例如与侧栅极或化学掺杂的帮助。
2022-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Engineering topological phases in triple HgTe/CdTe quantum wells
本文结合 $8\ imes8$ Kane 模型、有效二维哈密顿量与输运实验，研究三层 HgTe 量子阱的拓扑相图，并通过 SdH 振荡证实抛物带与 Dirac 带共存。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing topological Dirac fermions at the surface of strained HgTe thin films via Quantum Hall transport spectroscopy
我们证明了应变碲化汞薄膜中电子通过拓扑狄拉克表面态输运的证据。在高垂直磁场下，我们发现电子输运达到量子霍尔制度与消失的电阻。此外，量子霍尔输运光谱揭示了耦合狄拉克表面态的相对论朗道能级的能量分裂。这项研究为拓扑绝缘体（TI）板的量子霍尔效应、二维和三维TI之间的交叉机制以及薄TI膜与探索自旋电子学和量子电路功能的相关性提供了新的见解纳米电子学。
2017-04-28 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect from the Topological Surface States of Strained Bulk HgTe
我们报告的三维，70 nm厚的碲化汞层，这是应变的碲化镉衬底上的外延生长的运输研究。应变在另外的半金属HgTe中诱导带隙，其因此变成三维拓扑绝缘体。在mK温度下，剩余体载流子对带隙碲化汞层的输运性质的贡献可以忽略不计。结果表明，样品表现出了量子化的霍尔效应，这是由二维单锥类狄拉克拓扑表面态引起的.
2011-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Zener tunneling isospin Hall effect in HgTe quantum wells and graphene multilayers
齐纳二极管是基于晶闸管的电子器件中的典型器件，其由PN结组成，其中外部电场在电流-电压特性中诱导开关行为。我们研究了碲化汞量子阱和石墨烯多层膜中的齐纳隧穿。我们发现隧穿跃迁几率不对称地依赖于载流子对势垒的平行动量。在碲化汞量子阱中，不对称性对于每个自旋是相反的，而对于石墨烯多层膜，它对于每个谷自由度是相反的。在这两种情况下，产生在垂直于所施加的场的方向上流动的自旋/谷电流。我们涉及的起源，这种齐纳隧道自旋/谷霍尔效应的Berry相位时，他们从带隙区域反射的载流子获得。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall
Seebeck and Nernst effects in topological insulator: the case of strained HgTe
从理论上研究了应变碲化汞在拓扑绝缘体相中的热电输运性质。我们开发了一个模型的系统使用狄拉克哈密顿量，包括由碲化汞和碲化镉衬底之间的界面引起的应变的影响。假设电子被电荷杂质散射，探讨了电导率张量，而热电势张量使用莫特关系解决。Seebeck和Nernst响应表现出显着的增强与其他二维狄拉克材料，如石墨烯，锗烷，prosphorene和锡烯相比。这些热电响应的强度，它们与外部垂直磁场和温度的依赖关系也得到了解决。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Quantum Hall effect and current distribution in the 3D topological insulator HgTe
本研究结合输运、电容和扫描探针测量，揭示高磁场下 HgTe 拓扑绝缘体的多个电子子系统合并，且量子霍尔电流沿 Hall bar 全宽分布。
2024-10-24 cond-mat.mes-hall
Fractional quantum Hall effect in CdTe
报道了mK温度下高迁移率CdTe量子阱中的分数量子霍尔效应。在填充因子为4/3和5/3时观察到充分发展的H3 OH态，发现它们都是自旋极化的基态，其最低能量激发不是自旋翻转。这可以通过该单谷2D电子气中相对高的固有塞曼能量来解释。在填充因子为7/3和8/3的第一激发态（N=1）朗道能级中也观察到了中间温度下的最小值。
2010-06-04 cond-mat.mes-hall
Ballistic Intrinsic Spin-Hall Effect in HgTe Nanostructures
我们首次报道了半导体介观内禀自旋霍尔效应（ISHE）的电学操纵和探测，并在高迁移率HgTe/HgCdTe量子阱的纳米H型结构中进行了非局域电学测量.通过控制自旋轨道分裂的强度和由顶栅的n型到p型的转变，我们观察到由于在p型区域中的ISHE而产生的大的非局部电阻信号，其数量级为kOhms，比金属大几个数量级。如理论所预测的，在n区域中，信号至少小一个数量级。我们验证了我们的实验观察量子输运计算与实验定量协议。
2008-12-19 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
High-temperature quantum Hall effect in finite gapped HgTe quantum wells
我们报告的观察量子霍尔效应在高温下的碲化汞量子阱具有有限的带隙和厚度低于和高于临界厚度$d_\textnormal{c}$，从一个二维的拓扑绝缘体的传统半导体。在高载流子浓度下，我们观察到量子化的霍尔电导率高达60，K，朗道能级之间的能隙为25，meV的数量级，与从$\mathbf{k\cdot p}$计算获得的朗道能级谱很好地一致。使用在$ν=2\rightarrow 1$的平台-平台转变的标度方法，我们发现标度系数$κ=0.45 \pm 0.04$与标度理论的普适性是一致的，我们没有发现增加的电子-声子相互作用的迹象，以改变标度，即使在这些升高的温度。将有限带隙的碲化汞量子阱中量子化霍尔电阻的高温极限与石墨烯中的室温实验进行比较，发现量子化击穿时的能隙超过了热能相同数量级。
2016-05-11 cond-mat.mes-hall
Interplay between strain and size quantization in a class of topological insulators based on inverted-band semiconductors
Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；KBR（KBR公司）；Department of Physics and Astronomy, Ohio University（俄亥俄大学物理与天文系）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），CSIC-UPV/EHU联合中心）；Departamento de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología, Facultad de Química, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学化学学院先进聚合物与材料系：物理、化学与技术）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基，巴斯克科学基金会）
研究应变与有限尺寸对倒置带半导体表面态的影响，揭示Dirac半金属与准三维拓扑绝缘体转变的起源，推翻现有结论并提出新的表面态。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall
Electron and hole states in quantum-dot quantum wells within a spherical 8-band model
为了研究异质结构的材料具有强烈的不同的参数和材料的窄带隙，我们已经开发了一种方法，它结合了球8带有效质量哈密顿量和伯特的包络函数表示。用这种方法计算了CdS/HgS/CdS/H_2O和CdTe/HgTe/CdTe/H_2O量子点量子阱异质结构中的电子态和空穴态。给出了典型量子点量子阱中最低S、P电子和空穴态波函数的径向分量随半径的变化关系。在8带模型中，电子径向波函数的6带空穴分量的振幅与相应的2带电子分量的振幅相当。这是导带和价带之间耦合的结果，这使得导带具有很强的非抛物线性。同时，在8带模型中，空穴径向波函数的2带电子分量与相应的6带空穴分量的振幅相比是小的。结果表明，在CdS/HgS/CdS/H_2O量子阱结构中，最低态的空穴强烈地局域在阱区（HgS）中。相反，量子阱中的电子和CdTe/HgTe/CdTe/H_2O量子阱中的电子和空穴都分布在整个量子点中。与严格的8带模型相比，通常使用的对称化8带模型中出现了伪态，这一事实证明了量子阱理论的重要性。
2001-09-14 cond-mat.mes-hall
Unconventional Reentrant Quantum Hall Effect in a HgTe/CdHgTe Double Quantum Well
报道了在由两层临界宽度的碲化汞层组成的$ p$型碲化汞/镉$_x$-碲化汞$_{1-x}$-碲双量子阱（DQW）中观察到的非常规结构的量子霍尔效应（QHE）.所观察到的QHE是由中间$i=1$状态分隔的两个$i=2$状态（在$ρ_{xy}=h/ie^2$处的平台）之间的磁场的折返函数，当弱表达时，中间$i=1$状态看起来像超长$i=2$平台上的一些异常峰。异常峰显然分开两个不同的制度：一个传统的QHE在相对较弱的领域为一个小密度的移动空穴$p_s$和高场QH结构与$2-1$平台-平台过渡对应于大得多的$p_s$。我们发现，只有一部分的空穴，居住在一个额外的轻空穴子带中的DQW，参与QHE在弱场，而其余的空穴被排除到水库形成的横向最大价电子带。由于零模能级的特殊行为，所有的空穴在高场下都起作用。
2018-11-16 cond-mat.mes-hall
Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells
最近的理论预测，量子自旋霍尔效应，一个根本的新的量子态的物质存在于零外部磁场，可能会实现在碲化汞/（汞，镉）碲量子阱。我们已经制造了这样的样品结构，具有低密度和高迁移率，其中我们可以调谐，通过外部栅极电压，从n型到p型的载流子传导，通过绝缘制度。对于阱宽d <6.3nm的薄量子阱，绝缘区在低温下表现出小电导的常规行为。然而，对于较厚的量子阱（d > 6.3 nm），名义上的绝缘状态显示出接近2e^2/h的剩余电导平台。剩余电导与样品宽度无关，表明它是由边缘态引起的。此外，残余电导被小的外部磁场破坏。在临界厚度d = 6.3 nm处的量子相变也独立地由磁场诱导的绝缘体到金属的转变确定。这些观测结果为量子自旋霍尔效应提供了实验证据。
2007-10-02 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 Hall effect and zero plateau in bulk HgTe
本文研究 1000 nm 栅控 HgTe 薄膜中的量子霍尔效应，揭示电荷中性点附近由手性电子—空穴边缘通道形成的零平台，并阐明二维积累层与体相载流子库导致的反常标度。
2024-09-14 cond-mat.mes-hall
Imaging currents in HgTe quantum wells in the quantum spin Hall regime
量子自旋霍尔（QSH）态是一种全新的物质状态，其能带结构具有非平凡拓扑结构。它的主要特征是导电边缘沟道，其自旋极化具有潜在的自旋电子学和量子信息应用。预测并实验证实了碲化汞量子阱中存在量子SH态。边缘通道的存在已被推断出的事实，即在足够小的设备中的本地和非本地电导值接近理想的边缘通道和自旋极化的签名预期的量化值。较大器件中边缘通道的鲁棒性以及边缘通道与导电体之间的相互作用相对未经实验探索，并且难以通过传输测量进行评估。在这里，我们的图像的电流在大Hallbars由碲化汞量子阱通过探测由电流产生的磁场使用扫描超导量子干涉仪（SQUID）。我们观察到，电流沿QSH制度中的设备的边缘流动，而且，即使在存在的障碍和相当大的体传导的设备被选通或其温度升高，存在一个可识别的边缘通道。我们的研究结果代表了一个通用的方法来表征新的量子自旋霍尔材料系统，并确认存在和预测的边缘通道的鲁棒性。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall
Reentrant topological phases in Mn-doped HgTe quantum wells
由于Mn离子的磁矩，掺Mn的碲化汞量子阱表现出量子反常霍尔效应。在磁场的存在下，这些磁矩引起有效的非线性塞曼效应，导致朗道能级的非单调弯曲。因此，量子化（自旋）霍尔电导率表现出一个再入行为，因为一个增加的磁场。在这里，我们将讨论不同类型的重入行为的外观作为锰浓度的函数，以及厚度，和温度，在一个有效的四带模型的朗道能级谱的定性形式的基础上。
2012-03-07 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
Optical manipulation of edge state transport in HgTe quantum wells in the quantum hall regime
研究了垂直磁场中碲化汞量子阱在质量反转厚度附近的有效低能理论。通过比较有效的能带结构与一个更详细和完善的模型，参数制度和有效的模型的有效性进行了审查。分析了碲化汞量子阱中的光跃迁。我们发现选择规则，我们官能化光学操纵边缘状态运输。定性，我们的研究结果同样适用于石墨烯中的光学边缘电流操纵。
2009-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Anomalous phase shift of Shubnikov - de Haas oscillations in HgTe quantum well with inverted energy spectrum
给出了具有宽（20.3nm）HgTe量子阱的HgCdTe/HgTe/HgCdTe异质结在Shubnikov-de Haas振荡区的纵向和霍尔磁阻测量结果。检测到磁振荡的异常相移：在自旋未分裂峰的区域中，纵向电阻率最大值位于与2D系统中的常规情况相矛盾的偶数填充因子数处。结果表明，所观察到的特征与所研究的量子阱中光谱的反转性质有关，该量子阱具有沿着HgTe带Γ8的尺寸量子化子带H1的电子型导电，其自旋分裂与轨道分裂相当（甚至更大）。将所得结果与单层石墨烯中磁振荡和量子霍尔效应平台的相移效应进行了比较。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall
Emergent quantum Hall effects below $50$ mT in a two-dimensional topological insulator
碲化汞量子阱中量子自旋霍尔效应的实现导致了拓扑材料的发展，这些材料与磁性和超导性相结合，被预测为手性马约拉纳费米子的宿主。然而，在常规的量子反常霍尔系统中，大的磁化强度（$\sim$几特斯拉）使得诱导超导性具有挑战性。在这里，我们报告了两种不同的紧急量子霍尔效应在碲化汞量子阱稀合金锰。首先，在$\sim 50$ mT的极低磁场下，从量子自旋霍尔态中产生了一种新的量子霍尔态。其次，调整对散装$p$制度，我们解决了多个量子霍尔平台场低至$20 - 30$ mT，其中运输是由范霍夫奇异性的价带。这些涌现的量子霍尔现象严重依赖于碲化汞的拓扑能带结构，并且它们在非常低的电场下发生，使它们成为与超导体接口以实现手性马约拉纳费米子的理想候选者。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall
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
Electric field driven quantum phase transition between band insulator and topological insulator
我们从理论上证明了电场可以驱动CdTe/HgCdTe/CdTe量子阱中的能带绝缘体到拓扑绝缘体的量子相变。数值结果表明，电场可以作为开关来开启或关闭拓扑绝缘体相，温度对不同栅压和组分的相图有显著影响。我们的理论结果为我们提供了一种有效的方法来操纵碲化汞量子阱的量子相位。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
High frequency impact ionization and nonlinearity of photocurrent induced by intense terahertz radiation in HgTe-based quantum well structures
报道了碲化汞量子阱在太赫兹辐射激发下的光电流和光电导的非线性行为。辐射强度的增加导致光电流的符号反转，并过渡到其对强度的超线性依赖性。光电导随光强的增加也呈现出超线性的增长。我们发现，所观察到的光响应的非线性所造成的带间\emph{light}碰撞电离的光子能量小于禁带的条件下。这种碰撞电离的特征是角辐射频率$ω=2πf$远高于倒数动量弛豫时间。因此，碰撞电离的发生仅仅是因为在高频电场存在下的碰撞。测量了宽度为5.7 nm的窄HgTe/CdTe量子阱的非线性效应，检测了不同频率（$f=0.6$ ~ 1.07 THz）和强度（高达数百kW/cm $^2$）的线偏振和圆偏振THz辐射的非线性效应.我们证明了碰撞电离的几率正比于辐射电场幅度$E$和特征场参数$E_0$的指数函数$\exp(-E_0^2/E^2)$。在4.2 ~ 90 K的较宽温度范围内都能观察到这种效应，其特征场随温度的升高而增大.
2018-12-04 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall effect and Landau levels in the 3D topological insulator HgTe
我们回顾了低场和高场磁输运在80 nm厚的应变碲化汞，一种材料，属于类强三维拓扑绝缘体。利用顶栅，费米能级可以从价带经由狄拉克表面态调谐到导带，并且允许在不同种类的载流子有助于磁输运的情况下研究朗道量子化。朗道扇形图绘制了整个磁场-栅极电压范围内的电导率$ σ_{xx}(V_g, B) $，根据参与载流子种类的状态，可分为六个区域。主要调查结果如下：（i）体空穴（自旋简并）和狄拉克表面电子（非简并）的相互作用，对于$ E_F $共存于价带中，导致奇数和偶数填充因子之间的周期性切换，从而导致奇数和偶数量子化霍尔电压值之间的周期性切换。(ii)我们在狄拉克表面和导带电子共存的情况下也发现了类似但不太明显的行为。(iii)在体隙中，顶面上的量子化狄拉克电子与底面上的非量子化狄拉克电子在较低的B处共存，从而产生量子霍尔平台值，其取决于-对于给定的填充因子-磁场强度。在较强的$ B $场中，朗道能级分离增加，不同载流子物种之间的电荷转移在能量上变得有利，并导致全局（即，涉及顶表面和底表面）量子霍尔态的形成。使用最简单的理论方法的模拟是符合基本的实验结果，正确地描述了我们的多组分电荷载流子系统的各个领域从经典到量子输运的过渡的中心特征。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall
Single valley Dirac fermions in zero-gap HgTe quantum wells
近年来，狄拉克费米子在凝聚态物理中得到了广泛的研究。许多理论预言都严格依赖于狄拉克费米子出现的谷的数量。在这项工作中，我们发现了一个二维系统的单谷狄拉克锥。我们研究了碲化汞量子阱的输运性质，在临界厚度之间的拓扑平凡和量子自旋霍尔相位分离。在高磁场下，量子化的霍尔平台证明了该系统中存在一个单一的谷狄拉克点。此外，我们清楚地观察到零模自旋能级的线性色散。狄拉克点处的电导率及其温度依赖性也可以从单谷狄拉克费米子物理学中得到理解。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall
Helical edge and surface states in HgTe quantum wells and bulk insulators
量子自旋霍尔（QSH）效应是一种新的物质状态的性质，其保持时间反演，在体中具有能隙，但在边缘具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，它已被证明，碲化汞量子阱实现这种新颖的效果。在本工作中，我们从现实的紧束缚模型出发，证明了HgTe量子阱中螺旋边态的存在，并计算了它们的物理性质。我们还表明，3d碲汞是一个拓扑绝缘体单轴应变下，并表明，表面状态描述的单组分无质量的相对论狄拉克费米子在2+1维。实验预测的基础上从现实的计算得到的定量结果。
2007-05-10 cond-mat.mes-hall
Fingerprint of Different Spin-Orbit Terms for Spin Transport in HgTe Quantum Wells
利用$\vec{k}$ $\cdot$ $\vec{p}$理论，导出了描述二维拓扑绝缘体（HgTe/CdTe量子阱）在z方向面外反转破缺和面内限制势作用下的有效四带模型.我们发现，在微扰理论的三阶，只有反转破缺势产生新元素的四带哈密顿量是非对角的自旋空间。当这个新的有效哈密顿量被折叠到一个有效的两带模型的导（电子）或价（重空穴）带，出现两个竞争的条款：（1）Rashba自旋轨道相互作用起源于反转破缺势在z方向和（2）的平面内泡利项作为结果的平面内限制势。导带中的自旋输运在Landauer-Büttiker形式主义中进一步分析。我们发现，对于非对称掺杂碲化汞量子阱，自旋霍尔电导的行为是由Rashba项占主导地位。
2010-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
