Interplay of Dirac nodes and Volkov-Pankratov surface states in compressively strained HgTe
在拓扑绝缘体发现之前，狄拉克和外尔半金属已经成为当代凝聚态物理的一个重要研究方向。虽然很容易从理论的角度来看，这些拓扑半金属提出了一个严重的挑战，在实验合成和分析，以允许其明确的识别。在这项工作中，我们详细的压缩应变碲化汞的传输实验报告。由于与其他拓扑半金属材料相比具有优异的样品质量，这使我们能够以前所未有的精度和复杂程度解决拓扑表面状态和半金属体状态的相互作用。由于我们的门设计，使我们能够精确地调整费米能级的外尔和狄拉克点，我们确定了磁输运制度为主的外尔/狄拉克体状态传导小的载流子密度和拓扑表面状态传导较大的载流子密度。因此，类似于拓扑绝缘体，碲化汞为拓扑半金属的实验研究提供了原型参考。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy spectrum of semimetallic HgTe quantum wells
基于碲化汞（HgTe）薄膜的量子阱（QW）提供了从绝缘体到二维狄拉克半金属到三维拓扑绝缘体的大范围的不寻常的物理性质。这些性质是由于量子阱能带结构随HgTe薄膜厚度的显著变化而引起的。虽然是一个关键的属性，这些能量色散关系不能反映在实验中，由于缺乏适当的工具。在这里，我们报告的实验和理论研究的两个碲化汞量子阱与倒置的能谱，其中实现了二维半金属态。使用磁光光谱在亚太赫兹频率，我们能够获得有关电子和空穴回旋质量在所有相关的费米能级位置和不同的电荷密度的信息。结果也支持由Shubnikov-de Haas分析的电容测量，它允许获得有关的简并的主动模式的信息。从这些数据中，有可能重建电子和空穴的色散关系。与理论计算的能量色散关系的详细比较分析表明，一个很好的协议，甚至反映了几个微妙的功能，如带分裂，第二导带，和第一导带和第一价带之间的重叠。我们的研究表明，回旋共振实验可以有效地用于直接获得半金属二维材料的能带结构。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Two-dimensional topological insulator state in double HgTe quantum well
二维拓扑绝缘体相已被观察到在单一的碲化汞基量子阱与反转的子带顺序。在双量子阱（DQW）中，层间的耦合引入了额外的自由度，从而产生丰富的相位图。通过研究碲化汞双量子阱的局域电阻和非局域电阻，我们观察到了无带隙半金属相和拓扑绝缘体相，这取决于样品的参数，并根据理论预测。我们的工作为实现多层拓扑绝缘体奠定了基础。
2020-04-08 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional semimetal in a wide HgTe quantum well: magnetotransport and energy spectrum
本文报道了宽为20.2nm的碲化汞量子阱异质结的磁阻效应、霍尔效应和舒布尼科夫-德哈斯效应的实验研究结果。在包括电荷中性点附近的宽范围的电子和空穴密度上对门控样品进行测量。通过对实验数据的分析，我们得出结论：能谱与在$kP$模型框架下计算的结果有很大的不同。因此，空穴的有效质量近似等于$0.2 m_0$，并且实际上与直到$k^2\gtrsim 0.7\times 10^{12}$ cm $^{-2}$的准动量（$k$）无关，而理论预测直到$k^2=6\times 10^{12}$ cm $^{-2}$的负（类电子）有效质量。在空穴能谱为类电子的k=0附近，实验有效质量接近于$-0.005 m_0$，而理论值约为$-0.1 m_0$ .
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiple crossing of Landau levels of two-dimensional fermions in double HgTe quantum wells
由两个碲化汞层组成的双量子阱系统被一个隧道透明势垒隔开，有望表现出多种相态，包括二维无带隙半金属和二维拓扑绝缘体。在这样的系统中的几个子带的存在下，导致一个丰富的填充因子图中的量子霍尔制度。我们已经进行了磁输运测量的HgTe基双量子阱在无隙和带隙状态，并观察到许多属于不同的子带朗道能级之间的交叉。我们分析了朗道能级交叉模式，并与理论计算结果进行了比较。
2021-01-13 cond-mat.mes-hall
Superradiant and transport lifetimes of the cyclotron resonance in the topological insulator HgTe
研究了三维拓扑绝缘体碲化汞表面导电态的超辐射效应。我们证明了超辐射可以用经典的电动力学方法来解释。使用连续波光谱学的实验允许在系统中的能量损失分为固有和辐射损失，分别。这些结果表明，超辐射效应对材料的能带结构的细节不敏感。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall
Quasi-ballistic transport in HgTe quantum-well nanostructures
研究了高迁移率碲化汞量子阱结构的输运特性。使用特殊的光致抗蚀剂和Ti掩模，其允许制造特征尺寸低至0.45 $μ$ m的器件。在这些结构中的弹道效应的运输性能占主导地位的证据。半经典电子轨迹的蒙特卡罗模拟与实验结果吻合较好。
2003-07-01 cond-mat.mes-hall
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
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
Transport properties of a 3D topological insulator based on a strained high mobility HgTe film
我们研究了应变的，80 nm厚的HgTe层的磁输运特性，其具有高迁移率μ = 4 × 10^5 cm ^2/Vs。通过顶栅，费米能从价带通过狄拉克型表面态调谐到导带。磁输运测量允许解开导带电子，空穴和狄拉克电子的电导率的不同贡献。这些结果与应变碲化汞是一种拓扑绝缘体，体带隙约为15 meV，表面态为无带隙的结论是一致的。
2013-12-04 cond-mat.mes-hall
Bulk transport through superconducting hybrid structures in HgTe quantum wells
本文研究了碲化汞量子阱超导混合结构中的亚能隙体输运。我们表明，微分电导的正常金属-绝缘体-超导体（NIS）邻近结构的行为在定性上不同的方式相对于碲化汞量子阱的拓扑相位。我们比较了波匹配方法的基础上Bogoliubov-de Gennes方程和矩阵方法的基础上正常状态散射矩阵的NIS结构的微分电导，发现这两种模型同意高掺杂N和S接触。我们还表明，一个可能的Rashba自旋轨道相互作用上的微分电导的效果可以是显着的弱掺杂的N和S接触。我们的研究结果应该是重要的样品具有较大的纵横比，在运输散装贡献占主导地位。
2014-10-15 cond-mat.mes-hall
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
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
Signatures of topology in ballistic bulk transport of HgTe quantum wells
我们计算了基于碲化汞量子阱的二维拓扑绝缘体在弹道机制下的体输运性质。有趣的是，我们发现，电导和散粒噪声是明显不同的所谓的正常制度（拓扑平凡的情况下）和所谓的倒置制度（拓扑非平凡的情况下）。因此，不仅可以通过可观察的边缘性质而且可以通过可观察的体性质来验证二维拓扑绝缘体的拓扑序。这是很重要的，因为我们表明，在某些条件下，批量的贡献可以占主导地位的边缘贡献，这使得它有必要充分了解前者的解释未来的实验在干净的样品。
2009-12-17 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
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
Induced superconductivity in the three-dimensional topological insulator HgTe
应变和未掺杂的碲化汞层是一种三维拓扑绝缘体，其中电子输运主要通过其表面态发生。在这封信中，我们提出的传输测量的碲基约瑟夫森结与铌作为超导体。虽然Nb-HgTe界面具有低的透明度，但我们在微分电阻测量中观察到强烈的零偏异常。这种异常起源于HgTe表面态的邻近诱导超导性。在最透明的结，我们观察到的微分电阻的周期性振荡的功能，所施加的磁场，这对应于Fraunhofer样的图案。这清楚地表明，约瑟夫森效应的前体发生在碲化汞的拓扑表面状态。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall
Massive and topological surface states in tensile strained HgTe
磁输运测量门控高迁移率异质结构包含一个60 nm层的拉伸应变碲化汞，一个三维的拓扑绝缘体，显示发达的霍尔量子化从表面状态的n型和p型制度。虽然n型行为是由于在材料的拓扑表面态的输运，我们发现从8轨道k.p计算的p型输运的结果从大量的Pankov-Pankratov态。它们的形成阻止了狄拉克点，从而使p-传导拓扑表面态在输运实验中无法接近。这种解释是支持低场磁输运实验表明，在相关的栅极电压的n-导电拓扑表面状态和p-导电Pankratov状态的共存。
2021-11-23 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
Electronic thermal conductivity in 2D topological insulator in a HgTe quantum well
我们测量了碲化汞量子阱中二维拓扑绝缘体（2DTI）的微分电阻随外加直流电流的变化。电荷中性点附近的输运的特点是由一对反向传播的无带隙边缘模式。在存在电场的情况下，能量通过反向传播通道在相反方向上传输。我们测试了热载流子效应模型，并证明了边缘传输区电荷中性点附近的能量转移符合Wiedemann Franz定律。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall
Persistence of two-dimensional topological insulator state in wide HgTe quantum well
我们的实验研究宽（14 nm）碲化汞量子阱中的电子输运证实了持久性的二维拓扑绝缘体状态以前报道的较窄的井，在那里它是合理的理论。局部和非局部电阻测量的比较表明，在温度低于1 K时，约1 mm尺寸的样品中存在边缘态输运。电阻的温度依赖性表明绝缘间隙的顺序为几毫电子伏。在尺寸小于10 $μ$ m的样品中，观察到通过边缘态的准弹道输运。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall
Josephson supercurrent through the topological surface states of strained bulk HgTe
应变块体HgTe是一种三维拓扑绝缘体，其表面电子具有高迁移率（30，000 cm ^2/Vs），而其块体实际上不含移动载流子。这些特性使研究运输通过其非常规的表面状态，而不会受到阻碍的平行体电导。在这里，我们展示了基于碲化汞的约瑟夫森结的传输实验，以调查预测的Majorana状态的外观在拓扑绝缘体和超导体之间的界面。有趣的是，我们观察到一个无耗散的超电流流过HgTe的拓扑表面态。的电流-电压特性是滞后的温度低于1 K的临界几微安的超电流。此外，我们观察到一个磁场诱导的临界超电流的夫琅和费图案，表明在非常规的表面态占主导地位的2π周期约瑟夫森效应。我们的研究结果表明，应变HgTe是一种很有前途的材料系统，可以更好地理解拓扑表面态的约瑟夫森效应，并在输运实验中寻找零能Majorana态的表现。
2013-06-01 cond-mat.mes-hall
Evidence on the macroscopic length scale spin coherence for the edge currents in a narrow HgTe quantum well
我们实验研究自旋极化电子输运之间的两个铁磁接触，放置在边缘的二维电子系统的带反转。该系统在窄（8~nm）HgTe量子阱中实现，铁磁侧接触由预磁化的坡莫合金薄膜形成。在零磁场中，我们发现一个显着的边缘电流的两个铁磁接触之间的传输的贡献。实验证明，这种输运对两个200~ $μ$ m间距的铁磁引线的磁化方向的相互取向是敏感的。这是宏观距离上自旋相干边输运的直接实验证据。因此，自旋是非常强大的边缘的二维电子系统与带反转，确认螺旋自旋分辨性质的边缘电流。
2015-05-18 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
Transition from insulating to metallic phase induced by in-plane magnetic field in HgTe quantum wells
报道了在面内磁场作用下，阱宽为8 nm的碲化汞量子阱中的输运测量结果，对应于量子自旋霍尔态.在没有磁场的情况下，局域电阻和非局域电阻的行为非常相似，这证实了我们系统中的边缘态输运。在磁场中，我们观察到电阻的单调下降与局部电阻的饱和，而非局部电阻完全消失，与栅极电压无关。我们相信，根据理论预测，这些金属行为的证据表明过渡到一个无间隙的二维相。讨论了面内磁场作用下无序对碲化汞量子阱电阻率特性的影响。
2013-11-26 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
Dynamical separation of bulk and edge transport in HgTe-based 2D topological insulators
边缘态的拓扑效应仅在短长度上清晰可见，因此在很大程度上阻碍了它们的研究。在更大的距离上，可以通过利用边缘状态相对于散装载体的高迁移率来动态地增强拓扑签名。我们在微波光谱学上的工作突出了边缘的响应，这些边缘承载着非常移动的载流子，而散装载流子在间隙中急剧减慢。虽然边缘比预期的更密集，我们建立了电荷弛豫发生在短时间尺度上，并建议边缘状态可以选择性地解决的时间尺度上的散装载流子被冻结。
2019-07-08 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
Transport spectroscopy of induced superconductivity in the three-dimensional topological insulator HgTe
本文用正常金属-超导点接触的电子输运谱（Andreev点接触谱）研究了三维拓扑绝缘体HgTe中的邻近诱导超导态。通过分析的电导作为电压的函数，为各种温度，磁场和栅电压，我们发现的证据，在平衡状态下，诱导的序参量在碲化汞的$70\,μ$ eV和铌的序参量$1.1\,$ meV。为了理解作为施加电压的函数的完整电导曲线，我们建议量子输运过程的非平衡驱动变换，其中相关的散射区域和平衡储层随电压而变化。这意味着光谱探测样品中不同位置的超导相关性，这取决于偏置电压。
2017-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Backscattering of Dirac fermions in HgTe quantum wells with a finite gap
从理论和实验上研究了具有反转能带序的n型碲化汞量子阱的迁移率随密度的变化。虽然半导体异质结与抛物线色散表现出增加的载流子密度的迁移率，高品质的碲化汞量子阱表现出明显的迁移率最大值。我们表明，这种流动性异常是由于背散射狄拉克费米子从随机波动的带隙（狄拉克质量）。我们的发现为研究有限质量和随机质量的狄拉克费米子输运开辟了新的途径，这是迄今为止很难获得的。
2011-04-21 cond-mat.mes-hall
Topological surface states in thick partially relaxed HgTe film
拓扑绝缘体（TI）的表面态在低维电子系统的研究中一直扮演着重要的角色。基于高质量应变碲化汞薄膜的TI表现出各种微妙的物理效应。应变导致体带隙，但限制了最大碲化汞应变膜厚度，因此，大多数实验是在厚度小于100 nm的膜上进行的。由于拓扑状态的空间分离对于研究单表面响应是至关重要的，因此必须进一步增加碲化汞的厚度。在这项工作中，通过结合传输测量与电容光谱，我们进行了200 nm的部分弛豫碲化汞薄膜的分析。经典磁输运的Drude拟合揭示了具有高电子迁移率的双极电子-空穴输运。对电导率和电容的Shubnikov-de Haas振荡的详细分析使我们能够区分三组电子，分别是顶面和底面的电子以及体电子。间接体能隙值接近于零。它是建立显着的间隙减少不影响表面状态，这被发现是很好地解决和自旋非简并。所提出的技术允许其他三维TI的调查，无论体积电导率的存在。
2019-05-14 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
Velocity and confinement of edge plasmons in HgTe-based 2D topological insulators
本研究通过GHz谐波激发与相位分辨检测，测量HgTe拓扑量子阱在QSH和QH体系下的边缘等离激元速度，发现低速度源于边缘电荷puddle的影响，揭示其是边缘输运的主要阻碍。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
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
Disorder-induced phase transitions in double HgTe quantum wells
本文利用自洽玻恩近似研究短程杂质诱导的双HgTe量子阱拓扑相变，发现随无序增强系统经历类似双层石墨烯的半金属态并最终转变为高阶拓扑绝缘体，且所有相变均可由非厄米准粒子哈密顿量完全表征。
2025-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cyclotron resonance photoconductivity of a two-dimensional electron gas in HgTe quantum wells
研究了生长在（013）取向GaAs衬底上的不同宽度碲化汞量子阱的远红外回旋共振光电导（CRP）。结果表明，CRP是由二维电子气（2DEG）加热引起的。从共振磁场强度的有效质量和载流子浓度的依赖关系得到。我们发现，每个样品的有效质量从N_s = 2.2 × 10^11 cm ^（-2）时的值（0.0260 \pm 0.0005）m_0略微增加到N_s = 9.6 × 10^11 cm^（-2）时的值（0.0335 \pm 0.0005）m_0。与迄今为止在这种材料中使用的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡幅度的温度依赖性确定有效质量相比，我们的测量表明CRP提供了一种更准确的（大约几个常数）工具。结合光学方法和输运测量，我们发现输运时间大大超过了回旋共振寿命以及最短的量子寿命。
2007-08-16 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
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
Hole transport and valence band dispersion law in a HgTe quantum well with normal energy spectrum
本文报道了宽d<6.3nm的HgTe量子阱中价带能谱的实验研究结果。对Shubnikov-de Haas振荡的温度、磁场和栅电压依赖性的分析使我们能够恢复由自旋轨道相互作用分裂的两个价带分支的能谱。与理论计算的比较表明，六带kP理论能很好地描述价带顶附近的所有实验数据。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Linear magnetoresistance in HgTe quantum wells
我们报道了具有反转能带结构的碲化汞量子阱中的磁输运测量，该量子阱预计是二维（2D）拓扑绝缘体。垂直于2D层的小磁场破坏了时间反演对称性，从而抑制了边缘态传输。在低磁场下，当化学势穿过体隙时，观察到线性磁电阻。该磁阻很好地描述了在存在的边缘状态的磁输运的数值计算的无序。随着磁场的增加，在局域和非局域组态中测得的电阻先急剧减小，然后又增加，与现有的理论不一致。
2013-02-27 cond-mat.mes-hall
Quantum interference in HgTe structures
研究了化学势位于带隙外的HgTe/HgCdTe量子阱中的量子输运。我们首先分析了有效Bernevig-Hughes-Zhang哈密顿量的对称性以及相应的破缺扰动。基于此分析，我们概述了可能的模式的对称性破缺，管理量子干涉（弱本地化或弱反本地化）校正的二维碲镉汞样品的电导率。此外，我们进行了微观计算的量子校正超出扩散近似。最后，分析了准一维结构中的干涉校正和低场磁电阻效应。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall
Unconventional topological phase transition in two-dimensional systems with space-time inversion symmetry
研究了具有时间反转和二重旋转对称性的二维系统中正常绝缘体和量子自旋霍尔绝缘体之间的拓扑相变。与通常预测的两个绝缘体之间的直接跃迁的普通时间反演不变系统的情况相反，我们发现具有额外的二重旋转对称性的系统中的拓扑相变由两个绝缘体之间的紧急稳定的二维Weyl半金属相介导。在这里，所谓的时空反演对称性扮演了核心角色，时间反演对称性和双重旋转对称性的结合，即使在存在强自旋轨道耦合的情况下，也能保证2D外尔点周围的Berry相位量子化。配对创建/配对湮灭的Weyl点伴随着不同对之间的合作伙伴交换引起的二维$Z_{2}$拓扑不变量的跳跃，导致拓扑相变。根据我们的理论，HgTe/CdTe量子阱结构中的拓扑相变是由一个稳定的二维Weyl半金属相介导的，因为量子阱本身缺乏反转对称性，关于生长方向具有双重旋转。也就是说，HgTe/CdTe量子阱可以在正常绝缘体和量子自旋霍尔绝缘体之间的HgTe层厚度的小但有限的间隔内显示2D Weyl半金属行为。我们还提出，垂直电场下的少层黑磷是另一个观察非常规拓扑相变机制的候选体系，该机制伴随着由时空反演对称性保护的二维Weyl半金属相的出现。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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 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
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
Anomalous conductance steps in three-dimensional topological insulator HgTe-based quantum point contacts
本文研究三维拓扑绝缘体HgTe量子点接触的电输运，发现在高磁场下出现非整数电导台阶，并通过紧束缚计算与Landauer-Büttiker方法将其归因于点接触处的显著散射效应。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall
Electronic properties of thin films of tensile strained HgTe
拉伸应变碲化汞是一种三维拓扑绝缘体。由于其表面态狄拉克点相对于其小的体隙的能量位置，用于实验研究这种材料的相对较薄的MBE生长膜的电子特性对其静电带弯曲物理的细节非常敏感。我们用8带$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$模型计算了厚度在30 ~ 70 nm之间的薄膜二维子带的栅电压依赖性以及相关的热力学和输运性质，自洽地考虑了拓扑保护表面态和体态响应对栅场屏蔽的影响.我们评论的有效介电常数，这是适当的，在这种类型的计算，主张一个较小的值$\varepsilon_r$ $\approx$ 6.5比常用的。与最近的实验相比，我们发现，我们完全微观模型的栅极场屏蔽改变了一些观察，已被用来表征应变碲化汞薄膜的解释。
2018-04-05 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in HgTe quantum wells and topological surface states: Massive versus massless Dirac fermions
碲化汞量子阱和三维拓扑绝缘体表面支持狄拉克费米子的单谷带色散。在存在的障碍，他们经历弱反定位，这已被观察到在最近的运输实验。本文对碲化汞量子阱和拓扑表面态中的弱反定域进行了比较理论研究。这两个单谷系统之间的差异来自碲化汞量子阱中的有限带隙（有效狄拉克质量），而拓扑绝缘体中的无带隙（无质量）表面态。有限的有效Dirac质量意味着HgTe量子阱中的内部对称性破缺，当t_M大于一定值时，HgTe量子阱中的弱反定域被抑制，且与Dirac质量成反比。这对应于在Cooperon扩散模式中弛豫间隙1/t_M的打开，这是我们从包括相关自旋自由度的Bethe-Salpeter方程获得的。我们表明，弛豫间隙表现出一个有趣的非单调依赖于载流子密度和带隙，消失在这些参数的一定组合。弱反定域电导率反映了这种非单调行为，这是碲化汞量子阱所特有的，而拓扑表面态则不存在。另一方面，拓扑表面态在平行磁场中表现出特定的弱反定域化磁导率，这是由于它们在体相中呈指数衰减。
2011-08-21 cond-mat.mes-hall
Dynamical screening function and plasmons in the wide HgTe quantum wells at high temperatures
本文对宽碲化汞量子阱中二维电子气的动力学屏蔽函数进行了数值模拟。在随机相位近似（RPA）框架中提供计算，并基于Lindhard方程。我们的模拟直接纳入非抛物性的体二维载流子光谱，这是由全8带k.p方法获得的。在文献中存在的数据，碲化汞量子阱的输运性质的解释石墨烯类屏蔽。我们提供的屏蔽功能的薛定谔费米子的反带碲汞量子阱与适当的屏蔽功能的石墨烯单层狄拉克费米子的比较。此外，为了研究量子阱结构在高频辐射下的输运特性，还研究了碲汞屏蔽函数与温度、散射波矢和频率的关系。计算了碲化汞量子阱中2DEG的等离子体激元频率，在T=77K的长波范围内.
2018-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
