Effect of chiral selective tunneling on quantum transport in magnetic topological-insulator thin films
采用Landauer-Buttiker方法研究了磁掺杂超拓扑绝缘体薄膜的电子输运性质。手性选择性隧穿在这样的系统中，导致传输间隙，并因此电流阻塞解决。当具有相反手性的磁性状态在能量上对齐时，这种量子传输阻塞发生。当电子隧穿由交换场引起的磁势势垒或磁势阱时，可以观察到这一点。证明了当结构反转非对称势或面内磁化作用时，这一手征跃迁规则失效，这一新发现有助于解释拓扑绝缘体薄膜中的量子输运，特别是揭示量子反常霍尔效应的纵向电导行为.此外，利用手性选择性隧穿效应产生的负微分电阻，可以设计磁性拓扑绝缘体薄膜的电子器件。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall
Tunneling through ferromagnetic barriers on the surface of a topological insulator
研究了拓扑绝缘体表面单、双铁磁势垒的透射特性。通过调节栅电压和磁化方向，铁磁势垒可以被调谐到不同的透射区，在这些透射区中，依赖于波矢的隧穿是完全不同的。我们发现，克莱因隧道可以被操纵，甚至被关闭。这些特殊的性质提供了在“拓扑金属”上控制电子束的可能性。基于我们所观察到的现象，可以构造出各种新的器件，如电子准直、波矢滤波器、磁开关和电开关以及基于波矢的自旋阀。
2009-09-02 cond-mat.mes-hall
Bilayer Insulator Tunnel Barriers for Graphene-Based Vertical Hot-electron Transistors
依赖于量子力学隧穿的垂直石墨烯基器件概念在电子学和光电子学中的应用文献中正在激烈地讨论。在这项工作中，载流子输运机制的半导体绝缘体石墨烯（SIG）电容器的研究，相对于其作为电子发射极的垂直石墨烯基极晶体管（GBT）的适用性。比较了几种用作隧道势垒的介质材料，包括介质双层。使用双层薄膜，我们实验证明显着改善电子注入电流，促进福勒-诺德海姆隧穿（FNT）和步骤隧穿（ST），同时抑制缺陷介导的载流子传输。使用1 nm厚的高质量电介质硅酸铥（TmSiO）作为第一绝缘体层和二氧化钛（TiO $_2$）作为高电子亲和性第二层绝缘体，实现了接近10 $^3$ A/cm $^2$（受串联电阻限制）的高注入隧穿电流密度和优异的电流-电压非线性和不对称性。我们还证实了我们的方法在一个完整的GBT结构的可行性和有效性，显示出显着的改善集电极导通态电流密度相对于以前报道的GBT。器件设计和制造方案的选择考虑到未来的CMOS工艺兼容性。这项工作提出了一个双层隧道势垒的方法作为一个有前途的候选人，用于高性能的垂直石墨烯为基础的隧道器件。
2015-07-23 cond-mat.mes-hall
Topological Insulator Magnetic Tunnel Junctions: Quantum Hall Effect and Fractional Charge via Folding
我们提供了一个铁磁层的影响下，在二维和三维耦合拓扑绝缘体之间的隧穿特性。我们探索这样的系统表现出整数量子霍尔物理和局部分数电荷的条件，也考虑到2D的情况下的相互作用的影响。我们表明，隧道效应的拓扑等价于一定的变形或折叠的样品的几何形状。我们的关键进展是实现量子霍尔或分数电荷物理可以出现在只有一个\emph{single}磁铁的存在下，而不是像以前的建议，涉及磁畴壁的表面或边缘的拓扑绝缘体分别。我们给出了说明性的拓扑折叠参数来证明我们的结果，并表明，对于2D的情况下，我们的结果是强大的，即使在存在相互作用。
2012-02-23 cond-mat.mes-hall
Observation of pair tunneling and coherent destruction of tunneling in arrays of optical waveguides
我们报道了一个模拟一维二粒子哈伯德模型的光子系统的实验实现。这种类比是通过耦合光波导的二维阵列实现的，使用飞秒激光雕刻制作。通过调整类似的“相互作用强度”，我们达到了哈伯德哈密顿量的强相互作用制度，并证明了对单个“粒子”的标准隧穿的抑制。在这种制度下，通过对隧道的直接观察确定的束缚态的形成。然后，我们证明了相干破坏隧穿（CDT）的成对粒子的存在下，一个工程振荡力的高频率。我们的实验系统提供了对类似的“相互作用强度”和驱动力的精确控制，为光子学中的少体物理的量子模拟开辟了一条令人兴奋的道路。
2016-09-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-Particle Tunneling in Doped Graphene-Insulator-Graphene Junctions
从理论上研究了n-和p-掺杂石墨烯之间形成的隧道结的特性。评价在石墨烯的二维电子状态之间流动的单粒子隧道电流（2D-2D隧道效应）。在使两个电极的狄拉克点对准的电压偏置下，产生大的谐振电流峰值。这个峰值的幅度和宽度的计算，并讨论其用于设备。讨论了石墨烯电极的旋转取向和石墨烯的结构完整性的影响。
2011-10-25 cond-mat.mes-hall
Particle tunneling through a polarizable insulator
通过分子、链、膜或体可极化绝缘体连接的两个引线之间的隧穿概率在电子隧穿从引线A到能量更高的状态（描述势垒）并从那里到引线B的模型内被研究。为了描述与分子或绝缘体的激发进行能量交换的可能性，我们将中间态分别耦合到单个振荡器或这些振荡器的光谱。在单振子的情况下，我们发现弱耦合的隧穿弱抑制的Debye-Waller型因子。对于更强的耦合，振子变得“僵硬”，并且我们观察到由于有效势垒增加而对隧穿的抑制。电子激发振子的概率随着耦合的增加而增加。在薄膜或体势垒的情况下，行为定性地与单振荡器的情况相同。与连接两个引线的薄膜或块体相反，绝缘链显示出类似于费米气体中电子跃迁的“正交性突变”。
2002-12-16 cond-mat.mes-hall
Spin-Polarized Tunneling Study on Spin-Momentum Locking in the Topological Insulators
我们证明了拓扑绝缘体（TI）的电荷自旋转换效率可以通过注入自旋极化隧穿电子到TI实验确定。通过对硒化铋和碲化锑铋的比较研究，我们证实了所观测到的巨自旋信号的拓扑表面态起源。通过向硒化铋中注入高能电子，我们进一步研究了TI表面有效自旋极化的能量依赖性。实验验证的大自旋极化，以及我们的计算，提供了新的见解优化TI材料近室温自旋电子学应用。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall
Tunneling Tuned Spin Modulations in Ultrathin Topological Insulator Films
量子隧穿与费米表面自旋极化之间的定量关系是利用拓扑绝缘体表面态进行器件设计的关键。利用p偏振光自旋分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜的金属-绝缘体转变，发现在一定的薄膜厚度下，远离表面布里渊区中心的动量自旋极化较大.此外，极化显着降低，增强隧道系统实现在薄绝缘膜，而极化的幅度饱和到批量限制更快地在较大的波矢在较厚的金属膜。我们的理论模型计算捕捉到了量子隧穿和费米表面自旋极化之间的微妙关系。我们的研究结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2013-07-21 cond-mat.mes-hall
Experimental detection of surface spin-polarized electron accumulation in topological insulators using scanning tunneling microscopy
拓扑绝缘体（TI）的表面模中存在自旋动量锁定，导致偏置电流流过TI样品时自旋极化电子在TI表面积累。在这里，我们表明，扫描隧道显微镜可以用来检测这种表面自旋极化电子积累。我们目前的实验结果，这种传感的Sn掺杂的Bi $_2$ Se $_3$样品采用Fe涂层的W尖，以及非磁性W尖。我们观察到一个线性增加的自旋积累作为偏置电流的函数通过TI样品。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall
Electron tunneling through a single magnetic barrier in HgTe topological insulator
对碲化汞拓扑绝缘体中电子隧穿单个磁垒进行了理论研究。我们发现，由于角动量守恒，垂直磁场不会导致边缘态的自旋翻转。通过调节磁场和费米能级，可以实现边缘沟道从开启态到关闭态的转变，电流从非极化态到全自旋极化态的转变。这些特性为控制拓扑边态输运提供了一种有效的途径，为利用拓扑边态构建纳米电子器件奠定了基础。
2016-07-20 cond-mat.mes-hall
Optimized spin-injection efficiency and spin MOSFET operation based on low-barrier ferromagnet/insulator/n-Si tunnel contact
本文用晶格NEGF方法研究了不同FM/I/n-Si隧道接触中的自旋注入。我们发现，采用TiO $_2$和Ta $_{2}$ O $_{5}$等低势垒材料的隧道接触具有比传统势垒材料低得多的电阻，从而为提高垂直自旋MOSFET的自旋注入效率和MR比提供了更宽的可达到的最佳参数窗口。此外，我们还发现$_2$隧道接触的自旋不对称系数为负值，而Ta $_{2}$ O $_{5}$隧道接触的自旋不对称系数可以通过改变参数在正负之间进行调节.
2017-05-03 cond-mat.mes-hall
Spin Hall Effect Induced Spin Transfer Through an Insulator
当电荷电流通过表现出自旋霍尔效应的正常金属时，自旋在横向方向上累积在样品的边缘。我们预测，这种自旋积累，或自旋电压，使量子隧穿自旋通过绝缘体或真空到达铁磁体没有转移电荷。在一个正常的金属/绝缘体/铁磁绝缘体三层（如Pt/氧化物/YIG），量子隧穿解释了自旋转移力矩和自旋泵随绝缘体的厚度呈指数衰减。在正常的金属/绝缘体/铁磁金属三层（例如Pt/氧化物/Co）中，自旋转移一般不随绝缘体的厚度单调衰减。结合自旋霍尔磁电阻，这种隧穿机制点的可能性，一种新型的隧道光谱，可以探测磁振子态密度的铁磁绝缘体在一个全电和非侵入性的方式。
2016-08-20 cond-mat.mes-hall
Band structure of topological insulators from noise measurements in tunnel junctions
拓扑绝缘体（TI）中自旋极化表面态或边缘态的独特性质使得这些量子相干系统从基础物理和它们在低功率自旋电子器件中的实现的角度都是令人感兴趣的。在这里，我们提出了这样的研究在TI，通过隧道和噪声光谱利用TI/Al $_2$ O $_3$ /Co隧道结与底部TI电极的Bi $_2$ Te $_3$或Bi $_2$ Se $_3$。我们证明了与TI材料的能带结构相关的特征在隧穿电导中显示出来，并且通过低频噪声测量更清楚地显示出来。1/f噪声的偏置依赖性揭示了对应于TI的能带结构特征的特定能量处的峰。因此，TI隧道结可以简化对这种量子相干系统的性质的研究，这可以进一步导致出于技术目的对其自旋极化性质的操纵。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall
Observation of Quantum-Tunneling Modulated Spin Texture in Ultrathin Topological Insulator Bi2Se3 Films
了解异质拓扑绝缘体薄膜中边界模的自旋织构行为对于设计和制备功能纳米器件至关重要。在这里，通过使用自旋分辨光电子能谱与p-偏振光在拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜，我们报告的隧穿依赖的拓扑绝缘体薄膜的自旋组态的演变跨越金属到绝缘体的转变。我们观察到强烈的结合能和波矢依赖的自旋极化的拓扑表面电子在超薄隙狄拉克锥极限。增强隧穿实现系统的薄绝缘膜的极化显着降低，而在较厚的金属膜在较大的波矢的极化饱和到批量限制更快的幅度。我们提出了一个理论模型，捕捉量子隧穿和费米表面自旋极化之间的这种微妙的关系。我们的高分辨率自旋为基础的光谱结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall
Spin injection from topological insulator tunnel-coupled to metallic leads
我们从理论上研究了二维和三维拓扑绝缘体（TI）隧道耦合到金属引线的螺旋边缘状态，并表明它们的输运性质受到接触的强烈影响，因为后者起着热浴的作用，并诱导TI的螺旋状态中的电子的阻尼和弛豫。一个简单的结构，产生一个纯自旋电流的外部电路提出。传递到外部电路的电流和自旋电流取决于特征长度之间的关系：由于隧穿的阻尼长度、接触长度以及在3D TI的情况下由动量散射引起的平均自由程和自旋弛豫长度。如果由于隧穿引起的阻尼长度是最小的，则电流和自旋电流在2D TI中与电导量子成比例，并且在3D TI中与电导量子乘以接触宽度与费米波长的比率成比例。
2013-07-12 cond-mat.mes-hall
Spin-dependent electron transport in waveguide with continuous shape
研究了自旋轨道耦合下二维波导形状对自旋相关电子输运的影响。如果波导具有收缩，则可以通过调制自旋-轨道耦合的强度来控制从经典运动到隧穿状态的过渡。自旋旋进强烈地依赖于波导的形状。
2012-02-02 cond-mat.mes-hall
Coupling Quantum Emitters in WSe2 Monolayers to a Metal-Insulator-Metal Waveguide
将单光子发射器耦合到表面等离子体激元为芯片上量子光子学提供了通用的基础。然而，实现良好的耦合效率需要发射器相对于等离子体激元模式的位置和偶极取向两者的精确对准。我们演示了在2-D半导体，WSe 2自对准的银-空气-银，金属-绝缘体-金属波导中传播的表面等离子体激元的单发射器的耦合。波导在单层中产生应变引起的缺陷，其接近于表面等离子体激元模式，具有有利的偶极取向以用于最佳耦合。我们测量的平均增强率的自发发射的因素为1.89耦合的单缺陷的等离子体激元波导。这种结构提供了一种有效的方式耦合单光子发射器传播等离子体激元，这是实现芯片上的有源等离子体激元电路的重要一步。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Zitterbewegung and bulk-edge Landau-Zener tunneling in topological insulators
本文研究了二维拓扑绝缘体中的弹道zitterbewegung动力学和边缘态与体态之间的Landau-Zener隧穿。在散装，我们使用的埃克塞特定理表明，一个外部的平面内电场不仅漂移的包纵向，但也引起了横向有限侧跳平凡和拓扑制度。对于宽度为$W$的有限带，我们表明，当大的$W$与$W^{-3/2}$的电场诱导耦合衰减时，体态和边缘态之间的朗道-齐纳隧穿消失。这一点可以通过将含时薛定谔方程扩展到休斯顿态来证明。因此，我们不能像Phys.Rev.B87，161115（2013）中提出的那样，将量子自旋霍尔态描绘为从zitterbewegung体轨迹“泄漏”到边缘态中产生的。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall
Theory of Graphene-Insulator-Graphene Tunnel Junctions
该研究从理论层面分析石墨烯-绝缘体-石墨烯垂直隧穿结构，验证两种已有理论的形式等价性，推导零动量守恒极限下的态密度公式，并将理论预测与实验对比，为相关晶体管结构研发提供理论支撑。
2014-04-11 cond-mat.mes-hall
Study Of Surface Spin-Polarized Electron Accumulation In Topological Insulators Using Scanning Tunneling Microscopy
报道了用镀铁钨针尖和载流硒化铋（$Bi_2Se_3$）样品进行扫描隧道显微镜实验的结果。已经观察到隧穿电流相对于通过$Bi_2Se_3$样品的偏置电流方向的变化的不对称性。认为这种不对称性是拓扑保护表面电流模中90度电子自旋动量锁定引起的表面自旋极化电子积累的表现。结果表明，锡掺杂增强了$Bi_2Se_3$样品表面自旋极化电子积累的表现。此外，在载流$Bi_2Se_3$样品中还观察到自旋相关态密度的出现。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall
Topological insulators are tunable waveguides for hyperbolic polaritons
层状拓扑绝缘体，例如Bi $_2$ Se $_3$，在THz频率范围内是光学双曲材料。这种材料具有深度亚衍射，高度定向的集体模式：双曲声子极化激元。在薄晶体中，这种模式的色散被分裂成离散的子带，并受到电子表面态的强烈影响。如果表面态被掺杂，则混合集体模式由声子-极化激元与表面等离子体激元的耦合产生。杂化的强度可以通过改变表面态的化学势的外部门来控制。等离子体-声子耦合的动量依赖性导致了古斯-汉兴效应的极化激元模拟。极化激元射线的方向性及其可调谐的古斯-汉欣位移可以通过太赫兹纳米成像观察到。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Guided acoustic and optical waves in silicon-on-insulator for Brillouin scattering and optomechanics
我们数值研究硅波导二氧化硅显示，它是可能的，同时引导光和声波在技术上重要的绝缘体上硅（SOI）材料系统。薄波导或翅片在千兆赫频率下表现出几何软化的机械模式，其相速度低于玻璃中的瑞利速度，从而消除了声辐射损失。我们提出了在玻璃上的缝隙波导，其具有电信光频率和强辐射压力，分别导致后向和前向布里渊散射的布里渊增益在500和50，000 1/（Wm）的量级。
2016-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Proximity-induced Josephson $π$-Junctions in Topological Insulators
我们研究了拓扑绝缘体与$s$波超导体接触的两个微观模型。在第一个模型中，超导体和拓扑绝缘体通过一层标量和随机取向的自旋杂质隧道耦合。在这里，我们要求自旋翻转隧穿优于自旋守恒隧穿。在第二个模型中，隧道耦合是由自旋随机取向的单能级量子点阵列实现的。结果表明，隧道区形成一个$π$结的有效序参量改变的符号。有趣的是，由于随机自旋取向，两个模型的有效描述都表现出时间反演对称性。然后，我们讨论了如何建议$π$ -结支持拓扑超导性没有磁场，并可用于产生和操纵Kramers对马约拉纳费米子的门。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall
Spin-Flip Scattering Effect on the Current-Induced Spin Torque in Ferromagnet-Insulator-Ferromagnet Tunnel Junctions
我们研究了铁磁-绝缘层-铁磁隧道结中考虑自旋翻转散射的电流感生自旋转移矩。结果表明，自旋翻转散射可以诱导出额外的自旋力矩，使自旋力矩的最大值增大，并且与忽略自旋翻转散射的情况相比产生了角位移.研究了左右铁磁体分子场对自旋矩的影响。发现$τ^{Rx}/I_{e}$（$τ^{Rx}$是作用在右铁磁体上的自旋转移矩，$I_{e}$是隧穿电流）随分子场的变化而变化。在两个特定的角度，$τ^{Rx}/I_{e}$是独立的右铁磁体的分子场，导致在$τ^{Rx}/I_{e}$曲线上的两个交叉点对不同的分子场的相关取向。
2003-03-12 cond-mat.mes-hall
Spin-pumping and inelastic electron tunneling spectroscopy in topological insulators
我们证明了一个量子自旋霍尔电流，自发地产生在二维拓扑绝缘体的边缘，作为一个源的自旋泵的磁杂质与单轴各向异性。然后，人们可以通过电流来操纵杂质的自旋方向，而不使用磁电极或外部磁场。此外，我们还表明量子自旋霍尔拓扑态的独特性质对杂质的非弹性电子隧穿谱有着深刻的影响。对于低电流密度，非弹性自旋翻转事件对电导没有贡献。因此，电导步骤，通常出现在对应于自旋激发的电压，完全抑制。相反，强电流导致自旋泵浦并产生杂质自旋的横向分量。这打破了拓扑相位，从而产生电导阶跃。
2013-06-07 cond-mat.mes-hall
Microwave band gap and cavity mode in spoof-insulator-spoof waveguide with multiscale structured surface
我们提出了一种多尺度欺骗绝缘体欺骗（SIS）波导，通过引入周期性的几何调制的波长尺度的SIS波导制成的完美的电导体。MSIS由多个SIS子单元组成。在小间隙近似下，解析地研究了欺骗表面等离子体激元（SSPP）基导模的色散关系。结果表明，由于布拉格散射，多尺度SIS具有微波带隙（MBG）。提供了设计参数空间中的“间隙图”。我们证明了子单元的几何形状可以有效地调节单元SIS的有效折射率，从而进一步控制MBG的宽度和位置。计算结果与有限元数值计算结果吻合较好。对于给定几何尺寸的有限尺寸MSIS，在毫米尺度下，有限元计算表明，一阶对称SSPP模式在MBG中在4.29 GHz至5.1 GHz的频率范围内具有零传输。在4.58 GHz处的间隙内观察到腔模，其来自多尺度SIS波导中的设计者“点缺陷”。此外，EMPMSIS波导示出具有对称和反对称模式与自己的MBG，分别。这种结构的深亚波长限制和对SSPP传播的极大控制，使其在小型化微波器件中具有潜在的应用前景。
2015-04-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of tunneling spectroscopy in a superconducting topological insulator
我们计算了正常金属和超导拓扑绝缘体CuxBi_2Se_3结的隧穿电导。在无带隙Andreev束缚态（ABS）的存在下，即使对于三维全带隙超导态，隧穿电导也显示出零偏置峰。这种零偏压电导峰源于动量空间中表面态跃迁引起的表面态密度的增加。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Direct detection of quasiparticle tunneling with a charge-sensitive superconducting sensor coupled to a waveguide
本文提出一种基于超导量子比特直接耦合波导的准粒子探测器，通过相干散射测量准粒子数宇称，实现快速高信噪比探测，隧穿速率0.8–7 s⁻¹，时间分辨率低于10 μs。
2024-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental realization of photonic topological insulator in a uniaxial metacrystal waveguide
实现稳健的传输在电子和光子系统中都引起了广泛的关注。时间反演不变的光子晶体可以实现不受后向散射影响的手征态，但手征态的带隙在拓扑上是平凡的。在这里，我们设计并制造了一个亚晶，包括非共振的亚原子夹在两个金属板和系统表现出拓扑相变建立的组分类。通过实验测量的透射谱、计算的非零自旋Chern数和Z2指数证实了非平凡带隙的存在。通过测量场的大小和相位，实验证明了无带隙自旋过滤边缘态。当在边缘附近引入障碍物时，还观察到边缘状态的transsort鲁棒性。
2014-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin-polarized tunneling current through a thin film of topological insulator in a parallel magnetic field
计算了平行磁场B_y中拓扑绝缘体超薄膜表面态间的隧穿电导σ。平行磁场使两个表面态的面内动量产生相对位移。位移费米圈与自旋结构的重叠定义了隧穿电导σ（B_y）对磁场的不寻常依赖关系。由于拓扑绝缘体中电子表面态的自旋与动量锁定，因此隧道电流的自旋极化可以由磁场B_y控制。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying Axion Insulator by Quantized Magnetoelectric Effect in Antiferromagnetic ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ Tunnel Junction
内禀磁性拓扑绝缘体${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$在反铁磁基态被认为是一种轴子绝缘体。然而，轴子绝缘体的直接识别仍然是实验上难以捉摸的，因为所观察到的消失霍尔电阻，而表示的轴子场的发病，是不足以区分系统从一个平凡的正常绝缘体。使用数值格林函数，我们从理论上证明了量子化的磁电流在隧道结的原子薄${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$夹在两个接触，这是一个烟雾枪信号，明确确认反铁磁${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$是一个轴子绝缘体。我们的预测可以直接通过实验来验证。
2023-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Model of the Electrostatics and Tunneling Current of Metal-Graphene Junctions and Metal-Insulator-Graphene Heterostructures
本文基于Bardeen转移哈密顿方法建立金属-绝缘体-石墨烯异质结构隧穿电流模型，并以金属-石墨烯结为例揭示微分接触电阻的影响因素。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultracompact Vanadium Dioxide Dual-Mode Plasmonic Waveguide Electroabsorption Modulator
亚波长调制器在集成光电子电路中起着不可或缺的作用。由于光与物质之间的相互作用很弱，因此开发具有纳米尺寸、低开关能量、低插入损耗和大调制深度的调制器一直是一个挑战。在本文中，我们提出了一个二氧化钒双模等离子体波导电吸收调制器的设计使用金属-绝缘体-VO $_2$ -绝缘体-金属（MIMIM）波导平台。通过改变二氧化钒的折射率，调制器可以在“接通”状态期间路由等离子体波通过低损耗电介质绝缘体层，并且在“断开”状态期间路由等离子体波通过高损耗VO $_2$层，从而显著降低插入损耗，同时保持大的调制深度。例如，这种超紧凑波导调制器可以实现~ 10 dB的大调制深度，有源尺寸仅为200 × 50 × 220 nm $^3$（或~λ $^3$ /1700），需要~4.6V的驱动电压。这种高性能的等离子体调制器可能是下一代芯片技术中完全集成等离子体纳米电路的关键之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Temporal and Dose Kinetics of Tunnel Relaxation of Non-Equilibrium Near-Interfacial Charged Defects in Insulators
本文主要是致力于数学方面的建模和模拟隧道弛豫的非平衡带电氧化物陷阱位于/附近的界面绝缘体导电沟道，例如在辐照MOS器件。隧道退火响应函数的一般形式是从带电缺陷建立和退火的速率方程推导出的，作为具有不同时间常数的不同缺陷的响应的线性叠加。利用这种线性响应函数，分析和讨论了一些重要的实际问题。结合隧道和热或RICN退火，功率一样的时间松弛后，一个单一的离子罢工到栅极氧化层，描述的一般方法的上下文中。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall physics.space-ph
Self-consistent model of spin accumulation magnetoresistance in ferromagnet-insulator-semiconductor tunnel junctions
在实验中，由于偏置电流从极化铁磁体隧穿而导致的顺磁半导体中的自旋积累表现为小的附加自旋相关电阻。我们描述了一个严格的模型，将电化学势分裂，自旋相关的注入电流，和施加的电压，可以用来模拟这个所谓的“3 T”信号作为温度，掺杂，铁磁体体自旋极化，隧道势垒功能和传导非线性，和结电压偏置的函数之间的必要的自洽性。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Possibility of Macroscopic resonant Tunneling near the Superconductor- Insulator Transition in YBaCuO Thin Films
给出了无序调谐YBaCuO薄膜超导-绝缘体转变附近I-V特性的实验结果。I-V特性随电流的变化呈现新的准周期结构。电流间隔、dI/dV峰的数目以及峰的磁场依赖性与小电容单约瑟夫森结中相位粒子在倾斜余弦势中共振隧穿的理论预言一致。
1997-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A Generalized Tunneling Current Formula for Metal/Insulator Heterojunctions under Large Bias and Finite Temperature
Fowler-Nordheim隧穿电流公式已被广泛用于设计基于具有三角形势垒的金属/绝缘体（金属/半导体）异质结的器件，例如闪存。本文采用有限温度下Landauer公式的推导模型，半无限金属电极中电子态的近似自由电子近似和透射系数的WKB近似，推导了大偏压和电场作用下金属/绝缘体异质结隧穿电流的计算公式。与Fowler-Nordheim公式的零温极限不同，我们的公式推广到有限温度（考虑了金属电极中电子的热激发）和三角形势垒以外的势垒，可用于更复杂的基于载流子隧穿的异质结器件的设计。
2021-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photon dressed electronic states in topological insulators: Tunneling and conductance
研究了在圆偏振光作用下三维拓扑绝缘体的表面束缚态和二维拓扑绝缘体的边缘态.发现电子和光子之间的强耦合引起能隙以及独特的能量色散的修饰态，不同于石墨烯和传统的二维电子气（2DEG）。通过数值计算，研究了电子-光子相互作用、势垒高度和势垒宽度对电子隧穿pn结和拓扑绝缘体弹道电导的影响。一个临界能量的入射电子隧道完美地通过一个障碍的预测，电子表现为无质量的狄拉克类或大规模的薛定谔类粒子高于或低于这个阈值。此外，这些效果进行了比较，在锯齿形石墨烯纳米带和2DEG。两者的相似之处和差异进行了论证和解释。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Very large thermal rectification in ferromagnetic insulator-based superconducting tunnel junctions
我们研究了铁磁绝缘体超导隧道结中的电子热整流。已知耦合到超导体的铁磁绝缘体在超导态密度中引起相当大的自旋分裂，并且如果作为隧道势垒操作，则还导致有效的自旋过滤。自旋分裂和自旋过滤的组合示出产生大量的自放大的电子热二极管效应，由于在系统中的电子-空穴对称性的破坏，这是添加到结的热不对称性。大的自旋分裂和大的自旋极化可以潜在地导致在合适的温度范围内的实际参数下超过5.10^4的热整流效率，从而超过常规超导隧道结可实现的热二极管效应的250倍。这些结果可能是相关的改进掌握创新的相位相干的热电子纳米器件的热流，并在纳米尺度上的量子线路的增强热管理。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Probing magnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling
磁性绝缘体是下一代自旋电子学和拓扑器件的关键资源。层状金属卤化物家族有望成为绝缘多铁性、自旋液体和铁磁体，但需要新的表征方法来释放它们的潜力。在这里，我们报告隧穿作为温度和施加的磁场的函数通过层状磁性绝缘体CrI3。我们电学上探测到了磁基态和层间耦合，并观察到了场致变磁转变。双层、三层和四层CrI3势垒的变磁转变导致磁阻分别为95%、300%和550%。我们进一步测量我们的结的非弹性隧穿谱，揭示了丰富的光谱集体磁激发（磁振子）CrI3。我们的研究结果建立了垂直隧穿作为一个多功能的探针磁性原子薄绝缘体。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-selective tunneling from nanowires of the candidate topological Kondo insulator SmB6
将相对论物理学引入量子隧穿可以导致奇异的行为，例如通过克莱因隧穿的完美传输。在这里，我们探测自旋动量锁定的相对论费米子的隧穿特性的设计和实施的隧穿几何，利用纳米线的拓扑近藤绝缘体候选人，SmB 6。将纳米线连接到扫描隧道显微镜针尖的末端，并用于在Neel温度为~50 K的反铁磁体Fe 1.03Te中成像双共线条纹自旋序。在10 K以上，随着拓扑表面态的抑制，反铁磁条纹变得不可见.我们进一步证明了自旋极化的方向与隧穿方向有关。我们的技术建立SmB 6纳米线作为自旋极化电流的理想管道。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Scanning Tunneling Microscopy of Gate Tunable Topological Insulator Bi2Se3 Thin Films
拓扑绝缘体（TI）载流子密度的电场控制极大地扩展了这些材料的实际应用。然而，低温局部探针研究和栅极可调TI器件的组合仍然具有挑战性。我们已经克服了这一限制，通过扫描隧道显微镜和光谱测量原位分子束外延生长Bi2Se3薄膜SrTiO 3衬底上的预图案化电极。使用这种门控方法，我们能够移动费米能级的顶面态由250毫电子伏的3纳米厚的Bi2Se3设备。我们报告的表面态色散，带隙，在费米能级的电子结构的场效应研究。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tunable Tunneling Resistance in Graphene/Topological Insulator Vertical Junctions
基于石墨烯的垂直异质结构，特别是与其他层状材料相结合的堆叠，在纳米电子学方面很有前途。石墨烯和拓扑绝缘体这两种模型狄拉克材料的堆叠可以显著地扩大范德华异质结构的家族。尽管对这两种材料有了很好的了解，但是组合的垂直异质结的电子输运性质仍然是未知的。在这里，我们展示了Bi 2Se 3纳米片和单层石墨烯之间的垂直异质结的实验实现。在低温下，通过垂直异质结的电子输运由隧穿过程主导，该隧穿过程可以通过栅极电压有效地调节以改变费米表面附近的态密度。在磁场的存在下，量子振荡观察到由于量子化的朗道能级在石墨烯和二维表面状态的Bi 2Se 3。此外，我们观察到一个奇异的栅极可调隧道电阻下的高磁场，显示电阻最大值时，底层石墨烯成为量子霍尔绝缘体。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Fermi-energy dependent unitary impurity resonances in a strong topological insulator Bi2Se3 with scanning tunneling spectroscopy
Si（111）衬底上Bi_2Se_3外延薄膜的扫描隧道光谱研究揭示了与非磁性量子杂质相关的高度局域化的幺正杂质共振。共振的强度取决于费米能级（{E_F}）和狄拉克点（{E_D}）之间的能量差，并且随着{E_F}接近{E_D}而发散。的Dirac-cone表面状态的主机恢复在约2纳米空间距离的杂质，这表明强大的拓扑保护的表面状态的拓扑绝缘体对高密度杂质，保持时间反转对称性。
2012-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tunneling in graphene-topological insulator hybrid devices
采用机械转移法制备了石墨烯-拓扑绝缘体（TI）杂化器件，并通过电子输运对其进行了研究。由TI Bi $_2$ Se $_3$下的双层石墨烯（BLG）组成的器件表现出差分电导特性，其似乎由隧穿主导，大致再现了Bi $_2$ Se $_3$的态密度。对于Bi $_2$ Se $_3$顶部上的BLG获得了类似的结果，由于更好的表面一致性，具有与更大的接触面积一致的10倍更大的电导。该器件还显示出涉及Bi $_2$ Se $_3$和石墨烯声子的非弹性声子辅助隧穿过程的证据。这些过程有利于补偿TI $Γ$和石墨烯$K, K'$点之间的动量失配的声子。最后，这些隧道结的效用是证明了密度可调的BLG设备，其中电荷中性点跟踪沿能量密度轨迹。这个轨道被用作基态态密度的量度。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant anisotropic magnetoresistance in Ising superconductor-magnetic insulator tunnel junctions
超导性和磁性通常是不相容的，因为对电子自旋取向的要求相反。当它们结合在一起时，会产生许多迷人的现象，包括非常规超导和拓扑超导。二维（2D）层状超导和磁性材料的出现，可以形成具有原子级尖锐界面的纳米级结，为探索共存超导性和磁有序的新现象提供了理想的实验室。本文报道了二维伊辛超导体NbSe 2和铁磁绝缘体CrBr 3构成的超导体-铁磁体-超导体（S/F/S）隧道结在面内磁场作用下的隧道谱。我们观察到近100%的隧道各向异性磁电阻（AMR），即隧道电阻的差异时，改变磁化方向从面外到面内。巨隧穿AMR是由超导电性引起的，特别是界面磁交换耦合和自旋相关的准粒子散射的结果。我们还观察到一个有趣的磁滞效应的超导能隙和准粒子散射率的临界温度是2 K以下的超导转变温度。我们的研究为探索范德华异质结构中的超导自旋电子和非常规超导铺平了道路。
2021-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Macroscopic Quantum Tunneling in Superconducting Junctions of β-Ag$_{2}$Se Topological Insulator Nanowire
报道了β-Ag $_{2}$ Se拓扑绝缘体（TI）纳米线与Al超导电极接触的超导结的制备和电输运性质。临界电流的温度依赖性表明，超导结属于短结和扩散制度。作为窄结的特征，临界电流随着磁场的增加而单调减小。开关电流的随机分布表现出宏观量子隧穿行为，在T = 0.8K之前都是稳定的。我们的观察表明，基于TI晶体管的约瑟夫森结可能是一个有前途的构建块的纳米混合超导量子比特的发展。
2017-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunneling between edge states of a 2D topological insulator and a Fermi liquid lead through a quantum dot
本文研究了一个非平衡共振隧穿问题，其中一个量子点连接到两个引线，一个是相互作用的二维拓扑绝缘体（Luttinger液体）的边缘，另一个是通常的费米液体。我们表明，通过系统的电流可以表示在一个非平衡的局部单粒子格林函数的Luttinger液体铅，可以使用标准玻色化-重整化群（RG）技术进行分析。特别地，在小偏压极限下，考虑电子间的排斥作用，可以得到一些精确的结果。一个简单的公式，捕捉整个温度和电压偏置范围内的I-V关系的定性特征被提出和研究。
2011-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Critical couplings in topological-insulator waveguide-resonator systems observed in elastic waves
National Laboratory of Solid State Microstructures & Department of Materials Science and Engineering, Nanjing University（南京大学固态微结构实验室与材料科学与工程系）；Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing University（南京大学江苏省人工功能材料重点实验室）
研究通过弹性波平台将拓扑绝缘体引入经典波导-环谐振器配置，发现其在临界耦合状态下能有效消除回波并优化谐振特性，为信号处理和传感等应用提供新途径。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Niobium nitride-based normal metal-insulator-superconductor tunnel junction microthermometer
采用脉冲激光沉积法（PLD）生长NbN薄膜，电子束光刻和阴影蒸发法制备了微米级Cu-AlO $_{x} $ -Al-NbN正常金属-绝缘体-超导体（NIS）隧道结器件。这些设备的子隙电导表现出很强的温度依赖性，使它们适合从$\sim$ 0.1 K的温度测量的所有方式到超导转变温度的NbN层，这是在这里的$\sim 11$ K，但可以扩展到$\sim 16$ K在我们的PLD室。我们的数据很好地符合单粒子NIS隧道结理论，与观察到的近似超导能隙值$\sim $ 1毫电子伏的40纳米厚的铝覆盖层。虽然超导能隙的这种高值对于潜在的电子NIS冷却应用也是有希望的，但是隧穿电阻的高值抑制了本装置中的电子冷却。然而，这种不透明的屏障对于测温目的是理想的，因为自感热效应因此被最小化。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
RF amplification property of the MgO-based magnetic tunnel junction using field-induced ferromagnetic resonance
研究了射频外磁场感应铁磁共振驱动的隧道磁阻器件的射频电压放大特性。该器件由磁性隧道结（MTJ）和电隔离共面波导组成。施加到波导的输入RF电压可以激发自由层磁化中的谐振动力学，导致在DC偏置电流下产生输出RF电压。系统地研究了射频电压增益与静态外部磁场强度强度和角度的关系。文中还讨论了提高增益因子的设计原则。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kondo effect on the surface of 3D topological insulators: Signatures in scanning tunneling spectroscopy
本文研究了三维拓扑绝缘体表面的稀磁杂质的散射。在低温极限下，杂质矩被表面态电子近藤屏蔽，尽管它们的自旋和动量被奇异地锁定。我们确定的近藤效应出现在准粒子干涉（QPI）的模式，通过扫描隧道光谱记录的签名，考虑到充分的能量依赖的T矩阵以及表面狄拉克锥的六边形翘曲。我们确定了一个普遍的能量依赖性的QPI信号在低扫描能量的近藤物理的指纹，显着不同的信号，由于非磁性或静态磁性杂质。最后，我们讨论了我们的结果在最近的实验数据的背景下。
2012-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Sub-micron normal-metal/insulator/superconductor tunnel junction thermometer and cooler using Nb
我们利用电子束光刻和角度蒸发技术在亚微米尺度上成功地制备了Cu/AlOx-Al/Nb正常金属/绝缘体/超导体隧道结器件，其超导能隙高达$\sim 1$ mV。这些结的亚能隙电导显示出预期的强温度依赖性，使它们适合从100 mK到6 K的温度测量。此外，在间隙边缘附近的偏置值处，也可以看到正常金属的一些直接电子冷却。的Al层的几何形状的细节，与横向溢出的铝产生强大的额外的subgap功能的设备性能的强烈影响，和Al层的厚度影响的超导Al/Nb双层的接近的超导能隙值。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
