Spin Hall effect at interfaces between HgTe/CdTe quantum wells and metals
我们研究了通过HgTe/CdTe量子阱（QW）和金属之间的界面的自旋相关的传输-无论是正常的金属和超导的情况。有趣的是，我们发现了一种新的类型的自旋霍尔效应在这些接口，碰巧存在，即使在没有结构和体反转不对称的每个子系统（即量子阱和金属）。因此，这是一个纯粹的边界自旋霍尔效应，它可以直接关系到在界面处的指数局域边缘状态的存在。我们演示了如何测量和功能化的全电自旋注入到正常的金属引线这种效果。
2011-10-19 cond-mat.mes-hall
Spin-dependent thermoelectric transport in HgTe/CdTe quantum wells
我们分析了HgTe/CdTe量子阱中的热诱导自旋和电荷输运的基础上的数值非平衡格林函数技术在线性响应制度。在拓扑非平凡的制度，我们发现一个明确的签名的边缘状态的间隙，由于其有限的重叠从相反的样品边界-无论是在电荷塞贝克和自旋能斯特信号。我们能够充分理解的物理起源的热电传输签名的边缘和散装状态的基础上简单的分析模型。有趣的是，我们得出的自旋能斯特信号是相关的自旋霍尔电导的莫特的关系，这是确切的所有订单之间的温度差的温暖和寒冷的水库。
2012-10-04 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Strong coupling between a permalloy ferromagnetic contact and a helical edge channel in a narrow HgTe quantum well
实验研究了在8 nm宽的HgTe窄量子阱中，坡莫合金铁磁体与带反转二维电子系统边缘之间的自旋极化电子输运.在零磁场中，我们观察到强不对称的边缘电位分布相对于铁磁接地引线。这一结果表明，螺旋边缘通道，具体的带反转的结构，即使在导电体，是强耦合到铁磁侧接触，可能是由于邻近磁化的影响。它允许螺旋边缘状态的选择性和自旋敏感的接触。
2016-09-01 cond-mat.mes-hall
Helical Quantum States in HgTe Quantum Dots with Inverted Band Structures
从理论上研究了具有反转能带结构的碲化汞量子点中的电子态。与传统半导体量子点形成鲜明对比的是，具有反转能带结构的碲化汞量子点带隙中的量子态是完全自旋极化的，在量子点的边界附近呈现环状密度分布，并且自旋角动量锁定.持续电荷电流和磁矩，即，Aharonov-Bohm效应可以在这种QD结构中观察到，且随着磁场增加而振荡。这一特点为我们提供了一个实用的方法来检测这些奇异的环状边缘状态使用SQUID技术。
2011-09-20 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
Effects of electron-hole asymmetry on electronic structure of helical edge states in HgTe/HgCdTe quantum wells
研究了HgTe/HgCdTe量子阱中电子-空穴非对称性对螺旋边态电子结构的影响。在四带kp模型的框架下，考虑到空间反转中心的缺失，我们得到了边缘态的能谱和波函数的解析表达式，以及边缘电子自旋分支间电偶极光学跃迁的有效g因子张量和矩阵元.我们表明，当两个条件同时满足-电子-空穴不对称性和没有反转中心-边缘电子的光谱偏离线性的，在这种情况下，我们得到的线性光谱的修正。
2019-12-19 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
Topological states in superlattices of HgTe-class materials for engineering three-dimensional flat bands
为了寻找具有三维平带色散的材料，我们采用{ \em ab-initio}计算方法，研究了两种超晶格：HgTe/CdTe和HgTe/HgSe中拓扑相随静水压和单轴应变的变化规律.在短周期碲化汞/碲化镉超晶格中，我们的分析揭示了等能节线的存在，它可以主机应变诱导的三维平坦带在费米能级，而不需要掺杂，当制造，例如，作为核-壳纳米线。与此相反，碲汞硒短周期超晶格被发现具有丰富的相图与过多的拓扑相。值得注意的是，无应变超晶格实现了理想的外尔半金属，外尔点位于费米能级。通过调节体积可以得到具有多个能带反转的小带隙拓扑绝缘体：在压缩单轴应变下，材料依次转变为狄拉克半金属、半导体线半金属，最后转变为具有单个能带反转的拓扑绝缘体。
2022-04-07 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Strained HgTe: a textbook 3D topological insulator
拓扑绝缘体可以看作是具有导电表面的带状绝缘体。表面载流子是狄拉克粒子，其能量随动量线性增加。这赋予了狄拉克物质的非凡传输特性，狄拉克物质是一类电子特性类似石墨烯的材料。我们展示了碲化汞，一种已知在薄量子阱中表现出2D自旋霍尔效应的材料，\cite{Konig2007}可以通过利用CdTe基衬底上的晶格失配打开应变能隙而变成狄拉克物质的教科书示例。在输运中发现的狄拉克物质的证据表现为当化学势与狄拉克点重合时在低场下的发散霍尔角，以及从量子校正的符号到电导率。该材料可以随意设计，并且是干净的（良好的流动性），并且对带隙内的电导率几乎没有体积贡献。
2011-12-09 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
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
Non-sinusoidal current-phase relationship in Josephson junctions from the 3D topological insulator HgTe
利用超导量子干涉仪（SQUID）显微镜研究了三维拓扑绝缘体碲化汞（3D-HgTe）约瑟夫森结的电流-相位关系。我们发现明显的偏态的碲化汞结的CPRs的长度范围从200 nm到600 nm。偏度表明约瑟夫森电流主要由具有高透射率的Andreev束缚态携带，并且偏度在长于平均自由程的结中持续存在的事实表明，该效应可能与HgTe表面中Andreev束缚态的螺旋性质有关。
2014-10-13 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
Hyperfine interactions in two-dimensional HgTe topological insulators
我们研究了HgTe量子阱中核自旋与电子之间的超精细相互作用，这是实验上实现二维拓扑绝缘体的最好例子。从电子的角度来看，超精细相互作用是时间反演对称性破缺的一个自然存在的内部来源。碲化汞量子阱采用Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型描述。BHZ模型的基态是类S和类P对称态的组合，这意味着三种超精细相互作用起作用：（i）费米接触相互作用，（ii）偶极-偶极耦合和（iii）电子轨道-核自旋耦合。我们提供的基准结果的形式和幅度内的BHZ模型，这给出了一个很好的起点，用于评估超精细相互作用在任何碲化汞纳米结构的这些超精细相互作用。我们将我们的结果应用到HgTe二维拓扑绝缘体的螺旋边缘状态，并显示它们的总超精细相互作用如何变得各向异性，并依赖于平面内的样品边缘的取向。此外，对于螺旋边态，由于类P态的超精细相互作用在某些情况下可以支配的类S的贡献。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Phase-sensitive SQUIDs based on the 3D topological insulator HgTe
三维拓扑绝缘体代表了一类新的材料，其中输运由狄拉克表面态控制，而体块保持绝缘。由于表面态的螺旋自旋极化，3D拓扑绝缘体与附近超导体的耦合有望产生非常规的邻近感应$p$波超导性。我们在这里报告的发展和测量的SQUID的表面上的应变碲化汞，3D拓扑绝缘体，作为一个潜在的工具来调查这种效果。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
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
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
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
Resistance of helical edges formed in a semiconductor heterostructure
时间反演对称性禁止在二维拓扑绝缘体的螺旋边缘内传播的电子的弹性背散射。然而，这些系统中的小带隙使它们对掺杂无序敏感，这可能导致电子和空穴水坑的形成。由于电子在量子点中的停留时间较长，这种与边缘隧穿耦合的水坑--量子点--可以显著增强非弹性反向散射率。由于近藤效应，对于携带奇数个电子的点，增加的电阻特别强。出于同样的原因，附加电阻的温度依赖性变得相当弱。我们提出了一个详细的理论的量子点的螺旋边缘电阻的影响。它使我们能够对未来可能进行的拓扑绝缘体中人工制备点的实验做出具体的预测。它也提供了一个定性的解释，在短碲化汞量子阱中观察到的电阻波动。除了单点理论，我们开发了一个统计描述的螺旋边缘电阻率引入的随机电荷水坑在一个长的异质结构进行螺旋边缘状态。长样品中电荷坑的存在可以解释观察到的高样品电阻与沿着样品边缘的电子传播的共存。
2015-02-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
