Reflectionless Transport of Surface Dirac Fermions on Topological Insulators with Induced Ferromagnetic Domain Walls
研究了三维拓扑绝缘体上表面狄拉克费米子的性质。我们提出了一个精确的分析处理的频谱，束缚态和畴壁电阻的扩展通用畴壁与面内和面外磁化。在后一种情况下，我们发现振荡的畴壁电阻作为壁的宽度和一定的宽度的反射的所有传入的动量完全没有的函数。令人惊讶的振荡和无反射电位的发生可能与表面狄拉克哈密顿量的超对称性结合畴壁轮廓。
2012-07-18 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
Robust topological insulator surface conduction under strong surface disorder
拓扑绝缘体的特点是在其外边界上有特殊保护的传导。我们发现，2-D拓扑绝缘体（也陈氏绝缘体）所表现出的保护边缘导电是独立的非磁性边界无序。特别是，即使当边缘状态的不均匀性破坏了能量和动量之间的特征线性狄拉克关系时，位于体隙内部的边缘状态仍然是导电的。边界无序对带隙内态的主要影响是降低费米速度，增加态密度，如果自旋守恒，则将态拉入无序区，并且在非常大的无序下将态移动到无序边缘和干净体之间的边界。这些效果，这可能是有用的设备工程，控制无序的边缘和散装带之间的共振。共振的能量由体带宽度设定;带隙边缘态的平面波特性的保护由体带宽度控制，而不是体带隙。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in topological insulators: Spin-charge separation, the influence of the inversion layer, and phonon-plasmon coupling
我们通过三个例子证明了拓扑绝缘体（TI）为等离子体提供了一个新的平台。首先，我们证明了TI薄板的集体激发显示自旋-电荷分离。这分别产生纯电荷状光学和纯自旋状声学等离子体。其次，我们认为，耗尽层混合狄拉克和薛定谔电子，可以导致新的功能，如高调制深度和带间等离子体。该分析是基于光学等离子体激元，取决于板的宽度和TI的介电常数的通常公式的扩展。第三，我们讨论了TI表面声子的等离子体激元的耦合，并发现强杂交，特别是对于大的板宽度的样品。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall
Backscattering in a 2D topological insulator and conductivity of a 2D strip
研究了一条二维碲化汞拓扑绝缘体。在理想系统中，同自旋边态在带的不同侧面沿相反方向传播，并且不通过隧穿混合。杂质、边缘不规则性和声子在不同边缘上的反向传播边缘状态之间产生跃迁。这种反向散射决定了无限长的带的导电性。结果表明，电导率随带宽呈指数增长。有限温度下的电导率是在动力学方程的框架内确定的。在同样的近似下，得到了四端带状导体的非局部电阻系数，在低温下，长导线的二端电导为零，但局部化长度（相对于带状导体宽度）为指数增长。找到了动力学行为和局域化行为之间的转变温度。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall
Nonchiral Edge States at the Chiral Metal Insulator Transition in Disordered Quantum Hall Wires
研究了强磁场中无序线的量子相图随线宽和能量的变化。两端电导显示零温度不连续过渡之间的确切整数高原值和零。在这个过渡附近，手性金属-绝缘体过渡（CMIT），状态被确定为具有相反手性的边缘状态的叠加。这种状态的批量贡献被发现减少与增加线宽度。基于精确的对角化结果的本征态和它们的参与比，我们得出结论，这些状态是CMIT的特征，具有非手征边缘状态的外观，从而区别于量子霍尔线中的其他状态，即扩展边缘状态，二维（2D）本地化，准一维本地化，和2D临界状态。
2005-09-15 cond-mat.mes-hall
Toward an artificial Mott insulator: Correlations in confined, high-density electron liquids in SrTiO3
我们调查相关物理在高密度，二维电子液体，居住在狭窄的SrTiO 3量子阱。量子阱通过界面极性不连续进行远程掺杂，并且通过改变量子阱的宽度来调制三维（3D）载流子密度。结果表明，即使在三维密度远低于一个电子每个网站，短程库仑相互作用变得明显的运输，绝缘状态出现在一个临界密度。我们还讨论了在绝缘状态的无序的作用。
2012-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Transport through quantum spin Hall insulator/metal junctions in graphene ribbons
量子自旋霍尔绝缘体/金属界面形成在石墨烯带与内在的自旋轨道耦合通过选择性掺杂两个区域创建一个潜在的步骤。对于干净的石墨烯带，由于进入和离开边缘通道的正交性，拓扑边缘状态通过n-n或p-p结的传输是完美的，与带终止、宽度和电势阶跃参数无关。这是一个任意的晶体取向的带状和证明分析锯齿形和金属扶手椅边界条件的数值。在无序带中，左和右运动者之间的正交性通常被破坏，并发生后向散射。然而，通过增加带的宽度，即使在存在强边缘粗糙度的情况下，透射率也接近1。
2012-12-07 cond-mat.mes-hall
Gate voltage controlled electronic transport through a ferromagnet/normal/ferromagnet junction on the surface of a topological insulator
研究了拓扑绝缘体表面铁磁/正常/铁磁结的电子输运性质，正常段加栅压.结果表明，电导随正常段宽度和栅压的变化而振荡，随着正常段宽度的增加，电导的最大值逐渐减小，而电导的最小值趋于零。电导可以像自旋场效应晶体管一样通过调节栅极电压来控制。发现由于反常输运，磁电阻比可以很大，也可以为负值。此外，当在表面平面中存在磁化分量时，表明只有平行于结界面的分量对电导有影响。
2012-11-28 cond-mat.mes-hall
Confinement-Induced Chiral Edge Channel Interaction in Quantum Anomalous Hall Insulators
在量子反常霍尔（QAH）绝缘体中，内部是绝缘的，但电子可以沿着称为手性边缘通道（CEC）的一维导电路径以零电阻行进。这些CEC已被预测为局限于一维（1D）的边缘和指数衰减的二维（2D）的散装。在这项工作中，我们提出了一个系统的研究结果QAH设备中形成的霍尔条几何形状的不同宽度。在电荷中性点处，QAH效应在宽度仅为~72 nm的霍尔条器件中持续存在，这意味着CEC的本征衰减长度小于~36 nm。在电子掺杂区，当样品宽度小于1 μ m时，霍尔电阻迅速偏离量子化值。我们的理论计算表明，窄QAH样品中量子化霍尔电阻的偏离源于QAH绝缘体中无序诱导体态介导的两个相对CEC之间的相互作用，这与我们的实验观察一致。
2022-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual spin dynamics in topological insulators
在弱自旋轨道耦合的常规材料中，动态自旋极化率（DSS）具有普遍存在的洛伦兹形式，其谱宽表征了自旋弛豫速率。结果表明，在具有强SOC的拓扑绝缘体中，DSS具有一种特殊的非洛仑兹形式.在零温下，DSS的高频部分是普遍的，并且在某些方向上分别以$ω^{d-1}$ + $d=2$和3的形式增加，而对于螺旋边缘态，相互作用将DSS的指数重整化为$d=2K-1$ + $K$ + Luttinger液体参数.因此，自旋弛豫速率不能从DSS中推导出，与通常的金属的情况相反，这是由于这些系统中的自旋和电荷自由度强烈纠缠。这些与中性石墨烯的光学电导率平行。
2015-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Energy spectrum of valence band in HgTe quantum wells on the way from a two to the three dimensional topological insulator
本文通过磁输运和霍尔效应测量HgTe量子阱价带能谱，发现实验得到的回旋质量随空穴密度变化与四带kp模型预测严重不符，质疑该模型对价带描述的适用性。
2023-08-03 cond-mat.mes-hall
Dynamics of domain-wall Dirac fermions on a topological insulator: a chiral fermion beam splitter
放置在拓扑绝缘体表面的两个铁磁畴壁的交叉点为畴壁狄拉克费米子提供了一个单向分束器。基于静态双孤子磁织构的解析表达式，我们对狄拉克波包沿这种交叉点的传播进行了系统的数值研究。数值分析采用单锥交错网格有限差分格式。结果表明，相交角对决定费米子束的分束比起着决定性作用。对于非矩形相交，宽度以及在较小程度上畴壁的类型，例如Bloch或N{é}el，决定了分裂器的性质。随着狄拉克费米子畴壁宽度与横向局域化长度之比的增大，其传播行为从量子力学（类波）向经典弹道（类粒子）转变。一个电动门放置在十字路口附近，提供了一个动态的外部控制旋钮，用于调整分流比。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall
Josephson Junction through a Disordered Topological Insulator with Helical Magnetization
本文研究了由三维拓扑绝缘体无序表面态构成的约瑟夫森结中的超导和邻近涡旋。在一个政权的螺旋磁化的旋转周期大于结的宽度，我们发现超导0-π交叉作为结的厚度，磁化强度和固有的螺旋调制和表面状态的参数的函数。超导电流反转与邻近诱导的涡旋相关联，沿着结宽度成核，其中涡旋的数量和它们的位置可以通过超导相位差和上述参数来操纵。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Synchronous and Asynchronous Mott Transitions in Topological Insulator Ribbons
我们解决的性质，线性分散的边缘状态的二维（2D）拓扑绝缘体的演变与增加电子-电子相关产生的哈伯德一样的现场排斥$U$在两个模型的拓扑带绝缘体的有限带。使用一个非均匀的集群从转子平均场的方法，我们发现，电子相关驱动器的拓扑非平凡的阶段到莫特绝缘阶段通过两种不同的路线。在同步转变中，整个带在一个临界$U$处达到莫特绝缘状态，该临界$U$弱依赖于带的宽度。在第二种异步路线中，莫特局部化首先发生在边缘层上，电子相互作用的临界值较小，然后随着$U$进一步增加而传播到体中，直到带的所有层都变成莫特局部化。我们表明，发生的莫特过渡的类型是由某些性质的线性分散的边缘状态的特点的拓扑弹性莫特本地化。
2011-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A k.p treatment of edge states in narrow 2D topological insulators, with standard boundary conditions for the wave function and its derivative
对于具有强电子-空穴杂化的二维拓扑绝缘体，如HgTe/CdTe量子阱，广泛使用的基于第一电子和重空穴子带的4 x 4 k.p哈密顿量对于体态和边缘态都产生了相同数量的物理解和伪解.对于对称带和平行于样品边缘的零波矢，带隙中间的整体解与边缘解是相同的。在所有的情况下，物理边缘的解决方案是指数本地化的边界，并已被证明以前满足标准的边界条件的波函数及其衍生物，即使在一个无限的壁电位的限制。同样的处理现在扩展到窄样品宽度的情况下，其中对于每个自旋方向，在边缘状态色散中出现间隙。对于大于200 nm的宽度，该间隙小于开放边界条件下报告的值的一半，开放边界条件受到质疑，因为它们包括假波函数分量。对InAs/GaSb/AlSb等弱杂化量子阱的边态色散带隙也进行了计算。与强杂化情况相反，当带对称且样品具有一定的特征宽度值时，带中心的边缘态仅具有纯指数特征。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall
Topological properties of finite-size heterostructures of magnetic topological insulators and superconductors
本文通过构建对称性约束的低能有效哈密顿量，研究了磁性拓扑绝缘体/超导体异质结构从二维平板到准一维纳米带的拓扑相变，发现随化学势、磁性掺杂和宽度变化可出现手性马约拉纳边缘态、马约拉纳束缚态及其共存相。
2024-04-25 cond-mat.mes-hall
Robust Majorana bound states in magnetic topological insulator nanoribbons with fragile chiral edge channels
该研究模拟约100 nm宽、带超导覆盖层的磁性拓扑绝缘体纳米带中的无序效应，证明 Majorana 束缚态比脆弱的弹道手性边缘通道更抗无序。
2024-01-23 cond-mat.mes-hall
Unconventional Josephson Effect in Hybrid Superconductor-Topological Insulator Devices
我们报道了超导-拓扑绝缘体混合器件中约瑟夫森结的输运性质，它与普通的约瑟夫森结行为有两个显著的不同：一个是特征能量与结宽成反比，另一个是低特征磁场抑制超导电流.为了解释这些效应，我们提出了一个唯象模型，扩展了现有的拓扑绝缘体约瑟夫森结的理论。
2012-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Width of the $0-π$ phase transition in diffusive magnetic Josephson junctions
本文研究了通过具有复杂结构的扩散磁结（F $_{c}$）连接的两个超导体（S）之间的约瑟夫森电流。利用量子线路理论，我们得到了F $_{c}$为IFI（insulator-ferromagnetic-insulator）双势垒结或IFNFI结构（其中N表示正常金属层）时0和$π$约瑟夫森耦合的相图。相比一个简单的SFS结构，我们发现，过渡的宽度，定义的间隔交换字段中的$0-π$过渡是可能的，增加了绝缘障碍的接口，也由额外的N层的存在。对称F $_{c}$结构的跃迁最宽。对称的SIFNFIS是探测温度诱导的$0-π$跃迁的最佳条件，其相对宽度是相应的简单SFS结构的5倍.
2008-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Local photocurrent generation in thin films of the topological insulator Bi2Se3
本文报道了用分子束外延技术生长的Bi_2Se_3薄膜的光电特性。这些薄膜被图案化成电路，典型的延伸范围为数十微米。在空间分辨实验中，我们观察到亚微米光电流模式与积极和消极的幅度。图案与所施加的偏置电压无关，但它们取决于电路的宽度。我们解释的图案起源于当地的光电流产生由于潜在的波动。
2012-10-17 cond-mat.mes-hall
Nontrivial interplay of strong disorder and interactions in quantum spin-Hall insulators doped with dilute magnetic impurities
我们非微扰地研究了磁性掺杂杂质对量子自旋霍尔（QSH）绝缘体边缘输运的影响。我们发现，对于一个强耦合的磁性掺杂剂位于系统的边缘附近，出现一对传输反共振。当化学势共振时，相互作用效应随着温度的降低而加宽反共振宽度，从而抑制排斥和适度吸引相互作用的传输。对最近观测到的WTe $_2$的$1$-T $^{\prime}$的QSH绝缘相的结果作了简要的讨论.
2018-07-16 cond-mat.mes-hall
Statistics of resonances and delay times: A criterion for Metal-Insulator transitions
通过在边界点上附加引线，研究了$3$ D无序紧束缚体系在金属-绝缘体相变（MIT）时的归一化共振宽度${\cal P} ({\tilde Γ})$和延迟时间${\cal P} ({\tilde τ})$的分布.这两种分布都是尺度不变的，与随机势的微观细节和通道数无关。理论上的考虑表明，存在一个有限样本中的${\cal P} ({\tilde Γ})$的标度理论，数值计算证实了这一假设。在此基础上，提出了一种新的确定和分析MIT的判据。
2002-07-12 cond-mat.mes-hall
Realization of a one-dimensional topological insulator in ultrathin germanene nanoribbons
本研究制备表征锯齿形锗烯纳米带阵列，探明二维拓扑的宽度极限，在超薄纳米带中发现受对称保护的末端态，首次实现强自旋轨道耦合的一维拓扑绝缘体，为相关研究提供平台。
2024-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microwave absorption in a 2D topological insulators with a developed network of edge states
二维碲化汞量子阱的宽度波动的基础上进行了分析的假设转换系统的随机混合域的正和负的能隙。普通相和拓扑绝缘体相之间的边界形成覆盖整个样品的边缘态网络。边缘态内的光学跃迁产生2D吸收。定性的考虑是基于模型的弯曲边缘状态的光学intraedge跃迁与渗流参数。
2018-12-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Bulk cyclotron resonance in the topological insulator Bi2Te3
研究了未掺杂Bi_2 Te_3薄膜在10 T以下磁场中的太赫兹（0.3 - 5.1 THz，10 - 170 cm ~（-1））磁光响应。在法拉第几何中测量的光透射率由宽洛伦兹形模式主导，其中心频率随外加场线性增加。在零场中，洛伦兹函数以零频率为中心，因此表示自由载流子德鲁德响应。我们解释的模式作为一个回旋共振（CR）的自由载流子在Bi 2 Te 3。由于模式的频率位置遵循线性磁场依赖性，并且由于已知未掺杂的Bi 2 Te 3具有可观数量的体载流子，因此我们将模式与体CR相关联。此外，从我们的测量得到的回旋质量很好地符合文献数据的体积有效质量的Bi 2 Te 3。有趣的是，CR模式的宽度展示了场的非单调行为。我们建议，CR宽度是由两个竞争因素：杂质散射，其速率在增加的字段中减少，和电子-声子散射，其速率表现出相反的行为。
2020-09-05 cond-mat.mes-hall
Interplay of bulk and edge states in transport of two-dimensional topological insulators
研究了两端金属/量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）/金属结中的输运性质。我们表明，电导信号来自散装和边缘的贡献是不加性的。而对于长结的传输是由边缘状态的贡献，对于短结，电导信号是建立从体和边缘状态的比例，这取决于样品的宽度。此外，在拓扑绝缘体状态下，短结的电导显示出作为样品长度的函数的非单调行为。令人惊讶的是，电导的这种非单调行为可以追溯到一个有效的传播解决方案，这是强大的标量无序的形成。我们的预测应该在碲化汞量子阱和铋$_2$硒$_3$薄膜实验验证。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall
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
Magnetoelectric effect in topological insulator films beyond the linear response regime
我们研究了拓扑绝缘体薄膜对强磁场和电场的响应。作为一个模型，我们使用的三维晶格Wilson-Dirac哈密顿量，我们同时引入磁场通过Peierls替代和电场作为一个潜在的能量依赖于晶格坐标。通过数值对角化该哈密顿量，计算了电子能谱，得到了量子化的磁电极化率。另外，我们发现由于表面波函数的杂化，磁电效应随着薄膜宽度的减小而消失。此外，在表面之间施加栅电压，我们观察到了几个$θ$项的量子化平台，这些平台主要由顶表面和底表面的朗道能级结构决定。
2014-08-15 cond-mat.mes-hall
The Mesoscopic Quantum-Hall-Insulator Transition
在强磁场作用下，无序量子线中手征边缘态的急剧局域化跃迁是由体态从二维局域化到一维局域化的交叉驱动的。其结果是，两端电导被发现在零温度下表现出{ \it exactly}整数平台值和零之间的不连续转变，让人想起一阶相变。我们讨论了相应的相图。自旋的电子被示出，导致在众多的阶段，当自旋简并解除塞曼能量。电导平台的宽度被发现敏感地依赖于自旋翻转率$1/τ_s$。
2004-06-01 cond-mat.mes-hall
Density inhomogeneity driven percolation metal-insulator transition and dimensional crossover in graphene nanoribbons
在石墨烯纳米带中的传输与能隙的频谱被认为是在存在的随机带电杂质中心。在低载流子密度下，我们预测并确定该系统表现出密度不均匀性驱动的二维金属-绝缘体转变，这是在渗流普适类。对于非常窄的石墨烯纳米带（宽度小于无序诱导的长度尺度），我们预测，应该有一个维度交叉的1D渗流普适性类与可观察到的签名在运输间隙。此外，在高载流子密度下，应该存在到玻尔兹曼输运状态的交叉。测得的电导率指数和临界密度与这种渗流过渡的情况是一致的。
2008-07-23 cond-mat.mes-hall
Well-localized edge states in two-dimensional topological insulators: ultrathin Bi films
从理论上研究了二维量子自旋霍尔系统中边缘态穿透深度的一般行为。我们发现，动量空间宽度的边缘状态的色散尺度与穿透深度的倒数。作为良好局域化边缘态的一个例子，我们采取Bi（111）薄膜。边缘态几乎覆盖了整个布里渊区。相应地，铋（111）1-双层系统被提出具有良好的本地化的边缘态相比，碲化汞量子阱。
2010-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Chern Pumping from the Bulk of Two-Dimensional Topological Insulators
拓扑绝缘体是近年来发现的一种新的物质量子态，具有非常规的体拓扑不变量。TI的实际应用的建议主要是基于它们的金属表面或边缘状态。在这里，我们报告的理论发现的体量子泵浦效应在二维TI电调制在绝热循环。在每个循环中，与样品宽度成比例的自旋量可以被泵送到自旋电极中，这归因于非零的自旋陈数$C_{\pm}$。此外，通过使用半金属电极，可以测量通用的量子化电荷泵浦电导率$-C_{\pm}e^2/h$。这一发现铺平了道路，直接调查的强大的拓扑性质的TI。
2016-01-13 cond-mat.mes-hall
Anomalous Finite Size Effects on Surface States in the Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$
我们研究了强拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的表面态如何受到有限尺寸效应的影响，并将我们的结果与最近得到的二维拓扑绝缘体HgTe的结果进行了比较.我们证明了两个重要的区别：\textit{(i)}与HgTe相反，Bi $_2$ Se $_3$中的表面态显示出显著的稳健性，其朝向将宽度$L$减小到几nm，从而确保拓扑表面态保持完整，和\textit{(ii)}，由于表面态的杂化而产生的带隙以作为Bi中的$L$的函数的振荡指数衰减为特征$_2$ Se $_3$，对比HgTe。我们的研究结果表明，Bi $_2$ Se $_3$适合于量子计算或自旋电子学中的纳米级应用。此外，我们提出了一种方法来实验检测这两个预测的影响。
2009-10-26 cond-mat.mes-hall
Induced Superconductivity in the Quantum Spin Hall Edge
拓扑绝缘体是一种新发现的物质相，其特征是由新颖的导电边界态包围的带隙体。自从它们的理论发现以来，这些材料鼓励人们努力研究它们的特性和能力。这项活动最引人注目的成果之一是在拓扑绝缘体表面设计一种新的超导体。这些拓扑超导体将能够支持局域化的马约拉纳费米子，这种粒子的编织特性被认为是容错量子计算机的基础。尽管有明确的理论动机，拓扑超导性的结论性实现仍然是一个突出的实验目标。在这里，我们提出的测量超导诱导的二维碲汞/碲镉汞量子阱，成为量子自旋霍尔绝缘体时，阱宽度超过d_{C} =6.3 nm的材料。在7.5 nm宽的井，我们发现，超导被限制在一维样品的体积密度耗尽的边缘。然而，当阱宽减小到4.5 nm时，边缘超电流不能与体中的超电流区分开。这些结果为量子自旋霍尔效应的螺旋边缘诱导的超导性提供了证据，这是向一维拓扑超导性的展示迈出的有希望的一步。我们的研究结果还提供了这些边缘通道的宽度的直接测量，其范围从180 nm到408 nm。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
PbTe/PbSnTe heterostructures as analogs of topological insulators
我们从理论上研究了[111]方向生长的PbTe/PbSnTe异质结构，特别是PbTe嵌入Pb_{1-x} Sn_{x} Te中的量子壁（宽度为d的势阶）。对于x大到足以导致带反转，并为大d，有众所周知的无带隙界面状态与四个L谷。我们发现，对于d \approx \ 10 nm的三对状态从斜谷强烈耦合，并成为间隙~10 meV的间隙。另一方面，来自[111]谷的界面态基本上是不耦合的，并且它们保留了它们的螺旋特性，保持类似于三维拓扑绝缘体薄层表面的状态。这为在已经被广泛研究的IV-VI类超导体的异质结构中研究二维螺旋狄拉克费米子的物理学提供了可能。
2012-05-30 cond-mat.mes-hall
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
Out of equilibrium electrons and the Hall conductance of a Floquet topological insulator
在圆偏振激光辐照下，石墨烯被预测为Floquet拓扑绝缘体，表现出激光诱导的量子霍尔效应。圆偏振激光也驱动系统的平衡，导致非热电子分布函数，强烈影响输运性质。结果给出了两种不同情况下的霍尔电导。一个是封闭系统，如冷原子气体，由于非零贝里曲率的横向漂移可以在飞行时间测量测量。在这种情况下，研究了突然开启的圆偏振激光的影响。第二种是耦合到外部声子库的开放系统。而对于前者，霍尔电导是远离量子化的限制，对于后者，耦合到一个足够低的温度水库的声子被发现产生有效的冷却，从而接近量子极限，提供的激光器的频率是大的相比，带宽。对于激光频率可比的带宽，强烈的偏差，从电导的量子极限被发现，即使是一个非常低的温度水库，与精确的霍尔电导值确定由水库诱导的冷却和激发光载流子之间的竞争由激光。对于封闭系统，电子分布函数由初始波函数和Floquet态之间的重叠决定，这可能导致霍尔电导与开放系统的霍尔电导符号相反。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Topological-to-Topological Transition Induced by On-Site Nonlinearity in a One-Dimensional Topological Insulator
该研究针对均匀在位非线性下是否存在拓扑转变的问题，通过将非线性本征值问题转化为空间动力学系统，发现一维拓扑绝缘体中在位非线性可诱导不改变体带拓扑的拓扑模式转变，并提出观测方案，为非线性调控拓扑绝缘体提供通用设计原理。
2025-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.optics
Landau levels for massive disclinated graphene-based topological insulator
本文研究带向错和磁场的大质量Kane-Mele石墨烯拓扑绝缘体，通过自旋投影算符解耦八分量Dirac方程，得到朗道能级并发现反演对称性破缺导致的零模边缘态及子晶格依赖的带隙宽度。
2024-07-04 cond-mat.mes-hall
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
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
Topological insulator: a new quantized spin Hall resistance robust to dephasing
研究了退相对量子自旋霍尔效应（QSHE）的影响。在没有退相的情况下，QSHE系统中的纵向电阻呈现量子平台。我们发现这些量子平台对正常的退相是稳健的，但与自旋退相脆弱。因此，这些量子平台只存在于介观样品中。此外，纵向电阻随样品长度线性增加，但对样品宽度不敏感。这些特征与最近的实验结果非常一致[science { \bf 318}，766（2007）]。此外，我们定义了一个新的自旋霍尔电阻，也表现出量子平台。特别是，这些平台对任何类型的退相都是稳健的，因此，在宏观样品中存活，更好地反映了QSHE的拓扑性质。
2008-11-11 cond-mat.mes-hall
Effective Hamiltonian for surface states of topological insulator nanotubes
在这项工作中，我们推导出一个有效的哈密顿量的表面态的空心拓扑绝缘体（TI）纳米管的有限宽度的墙壁。与固体TI圆柱体不同，TI纳米管具有内表面和外表面，在其上，位于每个表面处的状态耦合在一起。沿着纳米管的圆周的曲率导致载流子经历的自旋轨道相互作用场的空间变化以及纳米管的内表面和外表面之间的不对称性。这两个特征导致在相同厚度的平坦TI薄膜的有效哈密顿量中不存在TI纳米管的有效哈密顿量。我们计算的\ce{Bi2Se3}纳米管的内，外半径的函数的参数的数值，并表明，不同的相对大小的参数之间的结果在定性上不同的行为的本征态的不同尺寸的管。
2016-07-26 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
Current-driven instability of quantum anomalous Hall effect in ferromagnetic topological insulators
研究了铁磁拓扑绝缘体薄膜中量子反常霍尔（QAH）效应随电流和温度变化的不稳定性。我们发现QAH效应击穿的特征电流与霍尔条宽度大致成正比，表明霍尔电场与击穿有关。我们还发现，电子输运在低温下是由可变程跳跃（VRH）。结合在VRH制度的电导率的电流和温度依赖性，QAH状态的本地化长度被评估为约5 $μ$ m。长的本地化长度表明由于大量的间隙状态的QAH状态的边缘绝缘性质。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac quantum well engineering on the surface of topological insulator
我们研究了一个由薄的拓扑绝缘体夹在两个普通绝缘体之间的量子阱。更具体地说，我们考虑这些不同类型的材料之间的光滑界面，使接口主机不仅手征界面状态，其存在是由散装边缘对应，但也有大量的Pankratov-Pankratov状态。我们调查这些界面状态之间可能的杂交作为拓扑材料的宽度和特征界面尺寸的函数。最突出的是，我们发现一个非常弱的手征界面状态的影响和更常见的杂交的大规模Pankratov状态，可以很容易地理解在量子隧穿的框架中的（狄拉克）量子阱的模型，我们在这里介绍一个强大的质的区别。
2020-10-14 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Tailoring Kinetics on a Topological Insulator Surface by Defect-Induced Strain: Pb Mobility on Bi2Te3
基于Bi $_{2}$ Te $_{3}$型拓扑绝缘体（TI）的异质外延结构表现出奇异的量子现象。为了最佳地表征这些现象，需要在这样的TI上的膜生长期间控制界面结构。在这个过程中，吸附原子的迁移率是一个关键因素。研究表明，在Si（111）-7 $\times$ 7衬底上生长的Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）薄膜中，由于点状缺陷的存在，在薄膜表面产生了工程局部应变ε，从而改变了Pb在Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）表面的迁移率.用扫描隧道显微镜观察了Pb在Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）表面上的吸附能和扩散势垒EPDMATHABMP，并对吸附能和扩散势垒进行了第一性原理密度泛函理论（DFT）分析.令人惊讶的是，由于在临界拉伸应变ε $_{c}$ 0.8%处稳定吸附位点的位置出现分叉，E $_d$显示出对ε的尖点样依赖性。这构成了一个非常不同的应变依赖性的扩散率从所有以前的研究集中在传统的金属或半导体表面。动力学Monte Carlo模拟铅沉积，扩散，不可逆聚集结合DFT结果揭示吸附原子和集群分布与我们的实验观察兼容。
2016-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Saddles, Twists, and Curls: Shape Transitions in Freestanding Nanoribbons
调节原子级薄的结晶纳米带的电子性质的努力需要对其形态的精确控制。在这里，我们对独立的石墨烯纳米带（GNRs）进行原子模拟，首先确定最小的形状，然后采用基于经典板理论的核心-边缘框架来量化更一般系统中的宽度依赖性。弹性边缘与边缘的相互作用迫使超窄带变平，然后在临界宽度处分叉为扭曲和弯曲的形状，该宽度与边缘应力成反比。压缩边缘应力导致在分叉附近的扭曲和鞍形，这是积极难以区分的。增加宽度有利于具有随宽度和边缘应力非线性变化的（纵向）带曲率的鞍形。正边缘应力导致具有类似缩放的平坦到卷曲过渡。在大的宽度与可忽略的边缘-边缘的相互作用，波纹不稳定性设置，即边缘波纹和中线凹陷的压缩和拉伸边缘应力。我们的研究结果突出了实用程序的核心边缘框架，在开发一个统一的理解几何和力学之间的相互作用，设置结晶纳米带的形态。
2011-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Supercurrent vortices and Majorana zero modes induced by an inplane Zeeman field on the surface of a three-dimensional topological insulator
非均匀面内塞曼场可以在超导二维系统和薄膜中诱导自旋轨道耦合电子自发超电流。在这项工作中，它表明，电流涡流可以创建在一个长的均匀磁化的铁磁绝缘体，这是沉积在三维拓扑绝缘体的表面上的条带的末端。假设其表面的s波超导电性具有内在起源，或由邻近效应引起。结果表明，奇涡量的涡旋可以使Majorana零模局部化，而后者也可能是由窄畴壁引起的，这为通过移动畴壁来操纵这些模提供了一种途径.结果表明，涡度可以通过改变条带的磁化强度和宽度来调谐。分析了带磁化强度相对于Berezinsky-Kosterlitz-Erdless跃迁的稳定性。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
2D Lattice of coupled Sinai billiards: metal or insulator at g<<1
我们研究了在GaAs/AlGaAs异质结的高迁移率的2D电子气的基础上制作的耦合西奈台球的二维（2D）晶格中的输运。对于具有低的约化电导率g<<1 an anomalously weak temperature dependence of g was found. The large negative magnetoresistance described by the Lorentz line-shape of the width corresponding to the half magnetic flux quantum through the area of the billiard is observed. In going from g>1至g<<1的状态，它强烈地增加。Shubnikov-de Haas振荡和可磁化性磁电阻峰在g<<1时保持不变。这些数据表明，所研究的系统在g<<1时表现得更像金属而不是绝缘体，并且不能用普遍接受的安德森局域化图来描述。
1998-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Josephson supercurrent in a topological insulator without a bulk shunt
在三维拓扑绝缘体Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3中引入了约瑟夫森超导电流。我们表明，在Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3剥离薄片的运输是由表面状态和体电导率可以忽略不计的温度下，我们研究的邻近诱导超导。我们在几个Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3薄片上制备了宽度为40 nm量级、长度为50 ~ 80 nm量级的约瑟夫森结，并测量了低至30 mK的温度。夫琅和费模式明确地揭示了超电流是约瑟夫森超电流。测量的临界电流可重复地观察到不同的设备和多次冷却后，和临界电流对温度的依赖性，以及磁场可以很好地解释扩散输运模型和几何效应。
2014-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Emergence, evolution, and control of multistability in a hybrid topological quantum/classical system
我们提出了一类新的非线性动力系统-相对论量子和经典系统的混合，并证明了多稳定性是无处不在的。一个代表性的设置是耦合系统的拓扑绝缘体和绝缘铁磁体，其中前者拥有一个绝缘体与拓扑保护，无耗散，并进行表面电子状态由相对论量子狄拉克哈密顿和后者描述的非线性经典演化的磁化矢量。两者之间的相互作用实质上是拓扑绝缘体到铁磁体的自旋转移矩和相反方向的局域邻近感生交换耦合。该混合系统除了具有多稳定性外，还表现出丰富的非线性动力学现象，如分岔、混沌和相同步等。多稳态的程度可以通过外部电压来控制。在两种共存状态的情况下，系统是有效的二进制，打开了一扇门开发自旋电子存储器设备。由于拓扑绝缘体的表面电流的无耗散和自旋-动量锁定性质，产生显著电流需要很少的功率，使得该系统吸引下一代低功率存储器件中的潜在应用。
2017-08-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological Crystalline Insulator Nanomembrane with Strain-Tunable Band Gap
精细调节拓扑材料中的带隙和带反转的能力对于新型功能器件的开发是高度期望的。在这里，我们提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）的SnTe和Pb $_{1-x}$ Sn $_x$（Se，Te）的独立纳米膜的电子性质是高度可调的工程弹性应变和控制膜厚度，导致可调的带隙和巨大的压电电导率。膜的厚度决定了相对表面上拓扑电子态的杂化，而弹性应变可以通过控制表面态的穿透长度来进一步调节杂化强度。我们提出了一种利用力集中在空间变化宽度的TCI纳米膜中引起的非均匀弹性应变的频率分辨红外探测器。预测的可调谐带隙伴随强自旋织构电子态将为基于TCI纳米膜的压阻器件、热电器件、红外探测器以及节能电子和光电子器件的制备开辟新的途径。
2014-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
