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
Thermoelectric transport in a three-dimensional HgTe topological insulator
实验研究了80 nm厚的三维拓扑绝缘体（3D TI）应变碲化汞薄膜的热电响应特性。双极热电势观察到的费米能量从导电移动到价体带。理论与实验的比较表明，热电势主要是由于声子阻力的贡献。在2D狄拉克电子与体空穴态共存的区域中，由于2D电子- 3D空穴散射，塞贝克系数被修改。
2021-12-11 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
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
Thermoelectric transport in two-dimensional topological insulator state based on HgTe quantum well
实验研究了碲化汞量子阱在二维拓扑绝缘体（2D TI）状态下的热电响应。双极热电，典型的电子-空穴系统，已被观察到跨电荷中性点，其中的载流子类型的变化，根据电阻测量从电子到空穴。空穴型热电势比电子型热电势强得多。热电势随温度线性增加。我们提出了一个理论模型，占的边缘和散装贡献的电导率和热电效应在2D TI，包括边缘散装泄漏的影响。该模型，与以前的理论研究相反，表明2D TI预计不会显示带电导率阈值附近的热电异常，这与我们的实验结果一致。基于实验数据和理论分析，我们得出结论，所观察到的热电势主要是体起源，而电阻是由边缘和体输运。
2018-12-21 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
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
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 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
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
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
Transport properties of a 1000-nm HgTe film: the interplay of surface and bulk carriers
本文研究了1000纳米HgTe薄膜的输运性质，发现通过调节顶栅电压可实现电子到空穴主导输运的转变，并揭示了拓扑表面态、Volkov-Pankratov态与体态载流子的相互作用。
2023-02-08 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
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
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
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
Optimal thermoelectricity with quantum spin-Hall edge states
我们研究了量子自旋霍尔效应的Kramers对螺旋边缘态耦合到纳米磁体的热电性质，该纳米磁体具有垂直于宿主的自旋轨道相互作用方向的磁化分量。我们表明，这种结构的传输函数具有所需的品质，在量子相干制度的最佳热电性能。对于单个磁畴，存在接近于最佳界限的功率产生。在具有不同取向的两个磁畴的配置中，透射函数和谐振中的显著峰值导致高品质因数。我们提供的估计，这种设备的制作与碲化汞量子阱拓扑绝缘体。
2019-09-16 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
Magnetotransport in disordered two-dimensional topological insulators: signatures of charge puddles
本文在相干弹性散射的框架下研究了无序、自旋轨道耦合和磁场对HgTe/CdTe量子阱中边缘输运的影响和相互作用。我们发现，边缘状态保持不受中度无序和弱磁场在现实的自旋轨道耦合强度的组合效应。与实验观察到的线性磁场依赖性的电导长样品的协议时，考虑到电荷池的存在。
2015-02-17 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
Devices with electrically tunable topological insulating phases
固态拓扑绝缘相，其特征在于自旋-动量锁定边缘模式，为电子器件中的自旋和电荷操纵提供了强有力的途径。我们提出了在HgTe/CdTe双量子阱器件中通过电开关拓扑绝缘相来控制螺旋边缘模式中的电荷和自旋输运。我们介绍了拓扑场效应晶体管的概念，并分析了自旋电池的可能应用，这也实现了一个全电调查的自旋极化动力学在金属岛。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall
Magnetic field induced localization in 2D topological insulators
量子自旋霍尔绝缘体中螺旋边缘态的局域化需要打破时间反转不变性。在实验中，这自然通过施加弱磁场B来实现。我们提出了一个基于散射理论的模型，描述了由于耦合到随机磁通量的螺旋边缘状态的本地化。我们发现，当B很小时，局域化长度与B^{2}成正比，当B足够大时，局域化长度饱和为常数。我们特别估计的HgTe/CdTe量子阱的局域化长度与已知的实验参数。
2012-07-10 cond-mat.mes-hall
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
Superexchange dominates in magnetic topological insulators
有人认为，在拓扑绝缘体中增大的自旋磁化率（由Van Vleck的形式主义描述）解释了掺杂过渡金属杂质的铋-锑拓扑硫属化物的铁磁性。相反，早期对碲化汞和相关拓扑系统的研究指出，Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用（布隆贝格根-罗兰机制）的带间模拟导致局域自旋对之间的反铁磁耦合。在这里，我们批判性地重新审视这两种方法，显示它们的缺点，并阐明为什么带间贡献的大小是小的，即使在拓扑系统。从所提出的理论方法和我们的计算研究Mn掺杂碲化汞和碲化镉的磁性，我们得出结论，在没有带载流子，超交换占主导地位，其符号取决于磁性杂质的协调和电荷状态，而不是在拓扑类的主机材料。
2022-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The universal definition of spin current
根据量子电动力学，二进制形式的自旋流$J_{S}$、轨道角动量流$J_{L}$和总角动量流$J_{J}$已被普遍定义。在不同情况下讨论了它们的守恒量和连续性方程。推导了非相对论近似形式，解释了它们的物理意义，并对一些实验结果进行了分析。计算了HgTe/CdTe量子阱中螺旋边态的自旋流，以揭示二维量子自旋霍尔系统中自旋流的性质.根据运动介质中的电动力学理论，推导出了磁介质中的广义自旋轨道耦合项。我们建议使用有效总角动量流代替纯自旋流来描述自旋电子介质中的极化分布和输运现象。
2011-12-28 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Spin Hall Effect Induced by Quantum Phase Transition in HgCdTe Quantum Wells
自旋霍尔效应既可以由杂质散射引起，也可以由电子结构中的自旋轨道耦合引起。HgTe/CdTe量子阱具有量子相变，其中电子结构从正常变为反转。结果表明，导带的本征自旋霍尔效应在正常侧为零，而在反向侧为有限。这种差异给出了实验上区分内禀自旋霍尔效应和非本征自旋霍尔效应的直接机制。
2007-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Tunable Anderson metal-insulator transition in quantum-spin Hall insulators
数值研究了Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型中的无序效应，发现量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）的Anderson跃迁由模型参数决定。BHZ哈密顿量等价于两个属于酉类的解耦自旋块。与通常认为的二维幺正系统除了在某些临界点外都是绝缘体的观点相反，通过计算局域化长度、能级统计和参与比的标度性质，我们发现在InAs/GaSb型BHZ模型中，在QSHI和正常绝缘体相之间可能出现一个奇异的金属相.另一方面，在HgTe/CdTe型BHZ模型中发现了从QSHI到正常绝缘体的直接跃迁。此外，我们表明，金属相起源于贝瑞相，可以生存的内部和外部的差距。
2015-06-30 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
In-plane magnetic field induced density wave states near quantum spin Hall phase transitions
我们研究了面内磁场和库仑相互作用对量子自旋霍尔绝缘体物理性质的影响，如InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子阱中的量子自旋霍尔绝缘体。使用Hartree-Fock平均场论近似，我们计算了相图作为带隙，能带杂化和磁场强度的函数。当能带杂化较弱时，系统对密度波态的形成是不稳定的。随着面内磁场强度的增加，相图中的密度波区域扩大，出现明显的密度波态。我们讨论了我们的结果可能的实验影响。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Bias-Voltage-Induced Topological Phase Transition in Finite Size Quantum Spin Hall Systems in the Presence of a Transverse Electric Field
利用紧束缚BHZ模型和Landauer-Büttiker方法，研究了HgTe/CdTe量子阱中有限宽度带在有和无横向电场作用下的拓扑不变量.将认识到，临界电流改变量子阱带的拓扑不变量。这种拓扑相变是通过调节偏置电压而发生的，它取决于样品的宽度和栅极电压。考虑了外加横向电场对分离自旋上、自旋下能带结构、减小带隙以及调节普通自旋霍尔区和量子自旋霍尔区之间的拓扑相变的深刻影响。这说明横向电场放大了量子自旋霍尔区，导致量子阱带中的拓扑相变。我们的发现可能会立即清除自旋电子学领域的研究在自旋为基础的设备就业的一些实际方面。
2021-07-11 cond-mat.mes-hall
Signatures of Rashba spin-orbit interaction in the superconducting proximity effect in helical Luttinger liquids
考虑二维拓扑绝缘体边缘螺旋Luttinger液体中的超导邻近效应，导出了与s波超导体隧道耦合的边缘态的低能哈密顿量.除了左右移动模式之间的相关性之外，耦合可以在单个模式内诱导它们，因为边缘模式的自旋轴不一定是恒定的。这可以通过Rashba自旋轨道耦合在HgTe/CdTe量子阱中可控地诱导，并且是边缘态波函数的2D性质的结果。这两个特征在邻近效应中的区别对于使用这种螺旋模式以分裂库珀对也是至关重要的。我们讨论了随之而来的运输签名，并指出了一个长期的功能，在直流电导测量，可用于区分两种类型的相关性存在，并确定Rashba相互作用的大小。
2012-01-20 cond-mat.mes-hall
The Quantum Spin Hall Effect: Theory and Experiment
寻找物质的拓扑非平凡态已成为凝聚态物理的一个重要目标。最近，提出了一类新的拓扑绝缘体。这些拓扑绝缘体在本体中具有绝缘间隙，但是由于时间反转对称性而具有拓扑保护的边缘状态。在二维中，螺旋边缘态在没有任何外部磁场的情况下产生量子自旋霍尔（QSH）效应。在这里，我们回顾了最近的理论预测，QSH态可以实现在碲化汞/碲化镉半导体量子阱。通过改变量子阱的厚度，能带结构在临界厚度$d_c$处从正常型变为“反转”型。我们提出了一个螺旋边缘状态的解析解，并明确证明了它们的拓扑稳定性。我们还回顾了最近在HgTe/（Hg，Cd）Te量子阱中对QSH态的实验观察。我们回顾了样品的制作和实验装置。对于阱宽为$d_{QW}< 6.3$ nm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（$d_{QW}> 6.3$ nm），名义上的绝缘制度显示出接近$2e^2/h$的剩余电导的平台。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，$d_c= 6.3$ nm的量子相变，也是独立地确定从发生的磁场诱导的绝缘体到金属的过渡。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall
Quasistationary states in a quantum dot formed at the edge of a topological insulator by magnetic barriers with finite transparency
建立了在有限透明磁垒存在下，二维HgTe/CdTe量子阱拓扑绝缘体边缘传播的一维边缘态的准定态模型.这些准稳态的寿命被发现通过不同的方法，包括固定薛定谔方程的解决方案与复杂的能量和解决方案的传输问题的双势垒结构的解析和数值。结果可以作为一个指导，以确定磁势垒的参数创建的量子点的加宽的离散能级的寿命是足够长的操纵与他们的占领数由外部场。
2021-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Piezoelectricity and Topological Quantum Phase Transitions in Two-Dimensional Spin-Orbit Coupled Crystals with Time-Reversal Symmetry
发现拓扑量子相变信号的新物理响应具有理论和实验上的重要性。在这里，我们证明了压电响应可以不连续地改变整个拓扑量子相变在二维时间反演不变系统的自旋轨道耦合，从而作为一个直接的探针的过渡。我们研究了所有7个允许非零压电性的平面组的所有间隙闭合情况，并发现两个带隙状态之间的任何间隙闭合与1个微调参数改变了$Z_2$不变量或局部稳定的谷陈数。发现所有这些跃迁都存在压电响应的跳跃，我们提出HgTe/CdTe量子阱和BaMnSb $_2$作为两个潜在的实验平台。我们的工作提供了一个对拓扑量子相变进行分类的一般理论框架，并揭示了它们与压电响应的普遍关系。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
