Microwave Photoresistance of a Two-Dimensional Topological Insulator in a HgTe Quantum Well
在110-169 GHz频率的微波辐照下，实验研究了碲化汞量子阱中二维拓扑绝缘体的微波光阻特性。这种光电阻的形成有两种机制。第一种机制是由于边缘电流状态的色散分支之间的跃迁，而第二种机制是由辐射对量子阱的体积的作用引起的。
2020-05-04 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
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
Photogalvanic effect in HgTe/CdTe topological insulator due to edge-bulk optical transitions
理论上研究了二维HgTe/CdTe量子阱拓扑绝缘体（TI）在频率高于平衡费米能级与导带底之差（THz范围）的圆偏振光照射下的特性。我们发现，电子-空穴的不对称性的结果在边缘和体状态之间的自旋相关的电偶极跃迁，我们预测的圆形光电流的发生。如果边缘状态隧道耦合到导体，则可以通过测量导体中的电动势（EMF）来检测光电流，电动势与光电流成比例。
2015-09-21 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
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
Influence of bulk inversion asymmetry on the magneto-optical spectrum of a HgTe topological insulator
从理论上研究了[001]和[013]生长的HgTe量子阱中体反转不对称性的影响。体反转不对称性导致HgTe拓扑绝缘体中两个零模朗道能级之间的反交叉间隙，即，具有反转能带结构的量子阱。发现这是对最近实验磁谱测量中观察到的反交叉分裂的主要贡献。相关的光学跃迁涉及不同的子带，但电子-电子相互作用引起的退极化位移被发现是可以忽略不计的小。当磁场偏离量子阱的垂直方向时，这种反交叉的分裂仅弱地依赖于倾斜角。因此，体反转不对称性的强度可以通过理论计算的单电子能级和实验观察到的反交叉能隙之间的直接比较来确定。
2013-09-22 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
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
Indirect exchange interaction between magnetic impurities in the two-dimensional topological insulator based on CdTe/HgTe/CdTe quantum wells
研究了（001）CdTe/HgTe/CdTe对称量子阱中磁性杂质间的间接交换相互作用。我们考虑低温和放置在二维准粒子谱的能隙中的化学势的情况。我们发现间接交换相互作用随着磁性杂质之间的距离呈指数级抑制。反演不对称性的存在导致间接交换相互作用随距离的振荡，并产生在（001）平面中旋转下非不变的附加项。间接交换相互作用矩阵具有复杂的结构，其中一些项与能隙的符号成正比。
2016-07-26 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
Topological insulators based on HgTe
综述了碲化汞量子阱和碲化汞薄膜在二维和三维拓扑绝缘体（TI）研究中所取得的最有趣的实验结果。在2D TI的情况下，这些包括观察非局部弹道和扩散运输，2D TI的磁击穿，以及边缘通道电阻的异常温度依赖性。在3D TI中，表面二维狄拉克费米子（DF）的高迁移率已达到创纪录的水平。这使得能够确定所有的主要TI参数（体隙和密度的DF在其两个表面上），并提供信息的相位的舒布尼科夫-德哈斯振荡的DF，这表明刚性拓扑耦合之间的费米子自旋和动量。最后对进一步的研究进行了展望。
2020-12-26 cond-mat.mes-hall
Two dimensional topological insulators with tunable band gaps: HgTe and HgSe monolayers
采用从头算电子计算方法，我们提出了一种新型的二维拓扑绝缘体（TI），单层低屈曲碲化汞（HgTe）和硒化汞（HgSe），具有可调的带隙.单层LB HgTe在适当的面内拉伸应变（ε > 2.6%）下，由于应变和自旋轨道耦合（SOC）的共同作用，发生了向拓扑非平凡相的转变。在2.6%< ε <4.2%的拉伸应变下，SOC引起能带反转和拓扑非平凡带隙，当ε > 4.2%时，当应变从2.6%增加到0.20eV时，单层LB HgTe TI相的带隙可以在很宽的范围内进行调节至7.4%。当应变ε > 3.1%时，单层LB HgSe的拓扑相变由应变和SOC引起。当应变增加到约4.6%时，拓扑带隙可以为0.05eV。2D LB HgTe和HgSe单层膜的大带隙使得这种类型的材料适合于在室温下的实际应用。
2015-10-16 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
Terahertz photoresistivity of a high-mobility 3D topological insulator based on a strained HgTe film
我们报告的太赫兹（THz）的光电阻率在应变碲化汞三维拓扑绝缘体（3D TI）的所有费米能级位置的详细研究：内的导带和价带，并在体间隙。在存在磁场的情况下，我们检测到对应于回旋共振（CR）的顶面狄拉克费米子（DF）的共振和检查的非平凡的依赖关系的表面态回旋质量的费米能级位置。我们还检测到额外的共振功能在中等电子密度，并证明它们是由表面DF和体电子的混合。在高电子密度下，我们观察到太赫兹辐射引起的1/B周期性低场磁振荡耦合到谐波的CR，并证明它们有一个共同的起源与微波诱导的电阻振荡（MIRO）以前观察到的高迁移率GaAs基异质结构。这一观察结果证明了应变碲化汞薄膜中螺旋表面态形成的二维电子系统的优越性。
2020-11-20 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
Two-dimensional topological Anderson insulator in a HgTe-based semimetal
本研究在强无序HgTe半金属量子阱中实验观测到二维拓扑安德森绝缘体态，证实其边缘通道受拓扑保护抗无序，且该态对垂直外磁场高度敏感，不同强度磁场可分别将其转为普通安德森绝缘体或量子霍尔液体。
2024-12-09 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
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
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
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
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
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
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
Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells
最近的理论预测，量子自旋霍尔效应，一个根本的新的量子态的物质存在于零外部磁场，可能会实现在碲化汞/（汞，镉）碲量子阱。我们已经制造了这样的样品结构，具有低密度和高迁移率，其中我们可以调谐，通过外部栅极电压，从n型到p型的载流子传导，通过绝缘制度。对于阱宽d <6.3nm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 > 6.3 nm），名义上的绝缘状态显示出接近2e^2/h的剩余电导平台。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 = 6.3 nm处的量子相变也独立地由磁场诱导的绝缘体到金属的转变确定。这些观测结果为量子自旋霍尔效应提供了实验证据。
2007-10-02 cond-mat.mes-hall
Quantum strain sensor with a topological insulator HgTe quantum dot
提出了碲化汞量子点的电子学性质理论，并提出了一种基于应变驱动跃迁的应变传感器，该跃迁从具有反向能带结构和强拓扑保护的量子边缘态的碲化汞量子点跃迁到能隙中没有边缘态的正常态.边缘态的存在或不存在导致跨量子点的电导率的大的开/关比，其可通过调节源极-漏极电压窗口中的导电沟道的数量来调节。HgTe量子点的电子性质作为尺寸和施加的应变的函数描述使用八带kp Luttinger和Bir-Pikus哈密顿量，与表面状态确定与Luttinger旋量的手征性，并通过广泛的数值对角化的哈密顿量。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Quantum magnetotransport properties of topological insulators under strain
最近的实验表明，应变碲化汞体材料可以看作是三维拓扑绝缘体（TI）。基于此，我们研究了在磁场作用下，应变对碲化汞表面态磁输运性质的影响。我们解析地导出了零频霍尔电导和碰撞电导，发现与载流子表面折射率有关的衬底应变可以导致表面量子霍尔平台和Shubnikov-de Haas振荡的分离。这些效应可用于产生和检测表面偏振。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall
Cyclotron Resonance Assisted Photocurrents in Surface States of a 3D Topological Insulator Based on a Strained High Mobility HgTe Film
我们报告的观察回旋共振诱导的光电流，激发连续波太赫兹辐射，在3D拓扑绝缘体（TI）的基础上的80 nm应变碲化汞薄膜。的光电流形成的分析支持的磁传输和辐射传输的互补测量。我们证明了光电流产生的拓扑保护的表面状态。研究门控样品中的共振响应，我们检查了光电流的行为，这使我们能够提取作为费米能量的函数的迁移率和回旋质量。对于高栅极电压，我们还检测到回旋共振（CR）的散装载体，质量约为两倍以上，获得的表面状态。根据TI表面载流子在动量空间的非对称散射，讨论了CR辅助光电流的起源。此外，我们表明，研究的光电流在门控样品提供了一个敏感的方法来探测的有效质量和二维狄拉克表面态的迁移率，当费米能级位于体能隙，甚至在导带。
2015-03-24 cond-mat.mes-hall
Band structure of a HgTe-based three-dimensional topological insulator
通过对回旋共振的分析，我们在实验上得到了基于碲化汞薄膜的三维拓扑绝缘体的能带结构。顶部门控被用来移动的费米能级在薄膜中，使我们能够检测到单独的共振模式对应于在两个相对的薄膜界面，体导带，和价带的表面状态。实验的能带结构与$\mathbf{k\cdot p}$模型的预测相当吻合。由于表面能带和体能带的强烈杂化，表面态的色散在电子能量的宽范围内接近抛物线。
2020-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Electric field tuning spin splitting in topological insulator quantum dots doped with a single magnetic ion
从理论上研究了含有单个磁性$Mn^{2+}$离子的盘状碲化汞拓扑绝缘体量子点中的电子自旋态。研究表明，磁性$Mn^{2+}$离子的位置可以显著地调制HgTe TIQD中拓扑边缘态的能谱和电子密度分布.数值计算结果进一步表明，电场不仅通过电子（空穴）与磁性$Mn^{2+}$离子之间的$\emph{sp-d}$交换相互作用来调节边缘态的自旋分裂，而且还引起了光致发光（PL）谱中的亮-暗跃迁和反交叉行为.这种自旋特性的碲化汞TIQD与单一$Mn^{2+}$离子在这项工作中所示的拓扑电光器件提供了一个新的平台。
2018-08-02 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
Temperature-dependent magnetospectroscopy of HgTe quantum wells
本文报道了HgTe量子阱在4.2 ~ 185 K温度范围内，在高达45 T的磁场中的磁谱。我们观察到带内和带间跃迁从零模式朗道能级，分裂从底部的传导和上部的价电子带，并合并下所施加的磁场。为了描述实验结果，现实的温度依赖的朗道能级的计算已经进行。我们表明，虽然我们的样品是拓扑绝缘体，在低温下，这种相的签名持续在高温和高磁场的光学跃迁。我们的研究结果表明，温度相关的磁谱是一个强有力的工具来区分平凡和拓扑绝缘体相的碲化汞量子阱。
2016-08-30 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
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
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
Quantum Hall effect and Landau levels in the 3D topological insulator HgTe
我们回顾了低场和高场磁输运在80 nm厚的应变碲化汞，一种材料，属于类强三维拓扑绝缘体。利用顶栅，费米能级可以从价带经由狄拉克表面态调谐到导带，并且允许在不同种类的载流子有助于磁输运的情况下研究朗道量子化。朗道扇形图绘制了整个磁场-栅极电压范围内的电导率$ σ_{xx}(V_g, B) $，根据参与载流子种类的状态，可分为六个区域。主要调查结果如下：（i）体空穴（自旋简并）和狄拉克表面电子（非简并）的相互作用，对于$ E_F $共存于价带中，导致奇数和偶数填充因子之间的周期性切换，从而导致奇数和偶数量子化霍尔电压值之间的周期性切换。(ii)我们在狄拉克表面和导带电子共存的情况下也发现了类似但不太明显的行为。(iii)在体隙中，顶面上的量子化狄拉克电子与底面上的非量子化狄拉克电子在较低的B处共存，从而产生量子霍尔平台值，其取决于-对于给定的填充因子-磁场强度。在较强的$ B $场中，朗道能级分离增加，不同载流子物种之间的电荷转移在能量上变得有利，并导致全局（即，涉及顶表面和底表面）量子霍尔态的形成。使用最简单的理论方法的模拟是符合基本的实验结果，正确地描述了我们的多组分电荷载流子系统的各个领域从经典到量子输运的过渡的中心特征。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall
Gapless Andreev bound states in the quantum spin Hall insulator HgTe
近年来，由于奇异的新现象及其容错拓扑量子计算的前景，Majorana物理在理论和实验研究中都引起了相当大的关注。为此，人们需要在拓扑绝缘体中设计超导性和电子性质之间的相互作用，但实验工作仍然很少且不明确。在这里，我们报告的实验证据拓扑超导诱导碲化汞量子阱，二维拓扑绝缘体，表现出量子自旋霍尔效应。交流约瑟夫森效应表明，超导电流具有$4π$ -周期性与超导相位差表示的电压阶跃的两倍多夏皮罗步骤。此外，一个异常的SQUID一样的响应垂直磁场表明，这种$4π$周期性的超导起源于位于交界处的边缘上的状态。这两个功能出现最强时，样品被门控对量子自旋霍尔制度，从而提供了证据，诱导拓扑超导量子自旋霍尔边缘状态。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Using Topological Insulator Proximity to Generate Perfectly Conducting Channels in Materials without Topological Protection
我们表明，混合结构的拓扑绝缘体和材料没有拓扑保护可以用来创建完美的导电通道托管在非拓扑部分。这些态继承了拓扑绝缘体附近的拓扑保护，但由于它们的扩展特性，对时间反演对称性破缺更脆弱。我们探讨他们的形成在模型混合系统的能带结构，以及现实的异质结构，涉及碲化汞/碲化镉为基础的二维拓扑绝缘体。使用数值量子输运计算的碲化汞/碲化镉材料系统，我们提出了两个实验设置，允许检测的诱导完美的导电通道，无论是在本地化和扩散制度，通过磁电导和散粒噪声。
2014-02-05 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
Bilinear magnetoresistance in HgTe topological insulator: opposite signs at opposite interfaces demonstrated by gate control
出现在拓扑绝缘体（TI）和Rashba界面的自旋-轨道效应目前正在彻底改变我们如何操纵自旋，并导致了几个新发现的效应，从自旋-电荷相互转换和自旋-轨道扭矩到新的磁阻现象。特别是，一个令人困惑的磁阻已被证明，双线性的电场和磁场。在这里，我们报告的双线性磁阻（BMR）的应变碲化汞，一个原型TI的观察。我们表明，这BMR的幅度和符号可以通过控制，与一个电动门，相对表面的相对贡献的相对比例进行调谐。在1 T的磁场下，磁阻为1 \%的量级，并且具有比先前测量的TI更大的品质因数。我们提出了一个理论模型，给出了我们的实验数据的定量说明。这种现象，独特的TI，提供了新的机会来调整他们的电响应自旋电子学。
2023-02-14 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
Perspectives of HgTe Topological Insulators for Quantum Hall Metrology
报道了HgTe/（Cd，Hg）Te量子阱（QWs）的研究，其宽度接近临界宽度$d_c$，对应于拓扑相变和类石墨烯能带结构，可用于量子霍尔效应（QHE）电阻标准。我们发现，在带序倒置的情况下，导电拓扑螺旋边缘态与QHE手征态的共存降低了电阻量子化的精度。通过实验和理论研究，我们证明了如何可以达到非常有利的条件QHE电阻标准：低磁场允许使用永磁体（B $\leq$ 1.4 T），同时相对较高的温度（液氦，T $\geq$ 1.3 K）。通过这种方式，我们表明基于HgTe QW的QHE电阻标准可以取代它们的石墨烯和GaAs对应物，并为QHE计量设备的大规模制造和应用铺平道路。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Surface-state spin textures in strained bulk HgTe: strain-induced topological phase transitions
由于压缩单轴应变导致的带隙的打开使得块状HgTe成为在任何表面处具有受保护的无带隙表面态的强三维拓扑绝缘体。采用六带k.p模型，利用形变碲化汞表面态的自旋织构与系统的镜像陈数和表面态的轨道组成的密切关系，确定了形变碲化汞表面态的自旋织构.我们发现，在表面与C2v点群对称的应变幅值的增加触发拓扑相变的缠绕数的表面状态的自旋纹理翻转，而四个拓扑不变量表征散装能带结构的材料是不变的。
2016-05-01 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
Transformation of an energy spectrum and wave functions in the crossover from two- to three-dimensional topological insulator in HgTe quantum wells: long and thorny way
实验研究了HgTe量子阱中二维电子气的磁输运与量子电容，发现自旋-轨道相互作用导致能级子带分裂，并通过自洽kP模型揭示了磁子带间振荡振幅随电子密度增加而增大的异常现象源于负电子极化率导致的波函数重叠增加。
2021-12-13 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
Emergent quantum Hall effects below $50$ mT in a two-dimensional topological insulator
碲化汞量子阱中量子自旋霍尔效应的实现导致了拓扑材料的发展，这些材料与磁性和超导性相结合，被预测为手性马约拉纳费米子的宿主。然而，在常规的量子反常霍尔系统中，大的磁化强度（$\sim$几特斯拉）使得诱导超导性具有挑战性。在这里，我们报告了两种不同的紧急量子霍尔效应在碲化汞量子阱稀合金锰。首先，在$\sim 50$ mT的极低磁场下，从量子自旋霍尔态中产生了一种新的量子霍尔态。其次，调整对散装$p$制度，我们解决了多个量子霍尔平台场低至$20 - 30$ mT，其中运输是由范霍夫奇异性的价带。这些涌现的量子霍尔现象严重依赖于碲化汞的拓扑能带结构，并且它们在非常低的电场下发生，使它们成为与超导体接口以实现手性马约拉纳费米子的理想候选者。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall
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
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
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
