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
Large-scale impurity potential in the quantum Hall effect for the HgTe quantum well with inverted band structure
本文报道了在量子霍尔（QH）区测量的具有反转能谱（dQW = 20.3nm）的碲化汞量子阱在磁场高达9 T和温度2-50 K下的纵向和霍尔介电常数。分析了QH平台-平台转变（PPT）宽度和霍尔平台上的变程跳变（VRH）电导随温度的变化关系。PPT地区和VRH制度的数据都是以真正的规模形式呈现的。估计的程度的载体本地化长度的分歧揭示了决定性的作用的远程随机电位（远程电离杂质的潜力）在本地化-离域过程中的QH制度的系统研究。
2017-12-15 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
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 anomalous Hall effect in Mn doped HgTe quantum wells
测量了具有反向能带结构的顺磁性（Hg，Mn）Te量子阱的磁输运特性.栅极电压控制的密度相关测量揭示了从n型到p型电导的过渡状态中的不寻常行为：大约70 mT的非常小的磁场足以诱导过渡到nu = -1量子霍尔态，其延伸到至少10特斯拉。起始场值对于意外宽的栅极电压范围保持恒定。基于温度和角度相关的磁场测量结果，我们发现这种异常行为是由于在这些磁掺杂量子阱中实现了量子反常霍尔态。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Cyclotron resonance of single valley Dirac fermions in gapless HgTe quantum well
我们报告的朗道能级光谱研究的两个碲化汞量子阱（QWs）附近或在临界阱厚度，带隙消失。在磁场高达$B$ = 16 T，定向垂直于量子阱平面，我们观察到一个$\sqrt{B}$依赖的占主导地位的回旋共振（CR）过渡特性的二维狄拉克费米子的能量。对于无带隙或带隙量子阱，主要的CR线呈现单吸收或双吸收线型。利用有效的Dirac模型，我们推导出了HgTe无带隙量子阱中单谷Dirac费米子的带速为$v_F=6.4 \times10^5$ m/s，并解释了带隙量子阱的双吸收是由于增加了一个小的相对论质量而引起的.
2013-10-18 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
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
Unconventional Reentrant Quantum Hall Effect in a HgTe/CdHgTe Double Quantum Well
报道了在由两层临界宽度的碲化汞层组成的$ p$型碲化汞/镉$_x$-碲化汞$_{1-x}$-碲双量子阱（DQW）中观察到的非常规结构的量子霍尔效应（QHE）.所观察到的QHE是由中间$i=1$状态分隔的两个$i=2$状态（在$ρ_{xy}=h/ie^2$处的平台）之间的磁场的折返函数，当弱表达时，中间$i=1$状态看起来像超长$i=2$平台上的一些异常峰。异常峰显然分开两个不同的制度：一个传统的QHE在相对较弱的领域为一个小密度的移动空穴$p_s$和高场QH结构与$2-1$平台-平台过渡对应于大得多的$p_s$。我们发现，只有一部分的空穴，居住在一个额外的轻空穴子带中的DQW，参与QHE在弱场，而其余的空穴被排除到水库形成的横向最大价电子带。由于零模能级的特殊行为，所有的空穴在高场下都起作用。
2018-11-16 cond-mat.mes-hall
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
Cyclotron resonance induced photogalvanic effect in surface states of 200 nm thick strained HgTe films
我们报告的磁光电流和磁输运现象的研究在200 nm的部分应变碲化汞薄膜。该厚度略大于晶格弛豫的估计临界厚度，使得膜部分弛豫，其中能隙的值接近于零。我们表明，在碲化汞薄膜的单色太赫兹激光辐射的照射结果在一个巨大的共振光电流所造成的回旋共振的表面状态。共振光电流也被检测到在参考完全应变80 nm碲化汞膜先前显示为完全带隙的3D拓扑绝缘体。我们发现，在这两种类型的膜的共振位置几乎一致，证明在厚碲化汞膜的拓扑保护的表面状态的存在。这一结论得到了磁输运实验的支持。
2019-05-02 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
Quantum Hall effect and zero plateau in bulk HgTe
本文研究 1000 nm 栅控 HgTe 薄膜中的量子霍尔效应，揭示电荷中性点附近由手性电子—空穴边缘通道形成的零平台，并阐明二维积累层与体相载流子库导致的反常标度。
2024-09-14 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
Imaging currents in HgTe quantum wells in the quantum spin Hall regime
量子自旋霍尔（QSH）态是一种全新的物质状态，其能带结构具有非平凡拓扑结构。它的主要特征是导电边缘沟道，其自旋极化具有潜在的自旋电子学和量子信息应用。预测并实验证实了碲化汞量子阱中存在量子SH态。边缘通道的存在已被推断出的事实，即在足够小的设备中的本地和非本地电导值接近理想的边缘通道和自旋极化的签名预期的量化值。较大器件中边缘通道的鲁棒性以及边缘通道与导电体之间的相互作用相对未经实验探索，并且难以通过传输测量进行评估。在这里，我们的图像的电流在大Hallbars由碲化汞量子阱通过探测由电流产生的磁场使用扫描超导量子干涉仪（SQUID）。我们观察到，电流沿QSH制度中的设备的边缘流动，而且，即使在存在的障碍和相当大的体传导的设备被选通或其温度升高，存在一个可识别的边缘通道。我们的研究结果代表了一个通用的方法来表征新的量子自旋霍尔材料系统，并确认存在和预测的边缘通道的鲁棒性。
2012-12-13 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
Reentrant topological phases in Mn-doped HgTe quantum wells
由于Mn离子的磁矩，掺Mn的碲化汞量子阱表现出量子反常霍尔效应。在磁场的存在下，这些磁矩引起有效的非线性塞曼效应，导致朗道能级的非单调弯曲。因此，量子化（自旋）霍尔电导率表现出一个再入行为，因为一个增加的磁场。在这里，我们将讨论不同类型的重入行为的外观作为锰浓度的函数，以及厚度，和温度，在一个有效的四带模型的朗道能级谱的定性形式的基础上。
2012-03-07 cond-mat.mes-hall
Time Reversal Symmetric Topological Exciton Condensate in Bilayer HgTe Quantum Wells
我们研究了双层系统的临界碲化汞量子阱，每个具有自旋简并对无质量狄拉克费米子。在存在静电层间库仑耦合的情况下，我们自洽地确定了系统的激子凝聚序参量。通过计算平均场哈密顿量的体拓扑$\mathbb Z_2$不变量，我们发现了一种新的时间反演对称拓扑激子凝聚态，即螺旋拓扑激子凝聚态.我们认为，这一阶段可以存在的实验相关参数。有趣的是，由于它的多带性质，本双层模型表现出非平凡的自发对称性破缺和拓扑结构之间的相互作用：取决于该对称性的凝聚体序参量自发地挑选在组合的轨道和自旋空间，稳定的最小值对应于平凡和非平凡的带隙状态的自由能可以被发现。
2014-04-14 cond-mat.mes-hall
Anomalous phase shift of Shubnikov - de Haas oscillations in HgTe quantum well with inverted energy spectrum
给出了具有宽（20.3nm）HgTe量子阱的HgCdTe/HgTe/HgCdTe异质结在Shubnikov-de Haas振荡区的纵向和霍尔磁阻测量结果。检测到磁振荡的异常相移：在自旋未分裂峰的区域中，纵向电阻率最大值位于与2D系统中的常规情况相矛盾的偶数填充因子数处。结果表明，所观察到的特征与所研究的量子阱中光谱的反转性质有关，该量子阱具有沿着HgTe带Γ8的尺寸量子化子带H1的电子型导电，其自旋分裂与轨道分裂相当（甚至更大）。将所得结果与单层石墨烯中磁振荡和量子霍尔效应平台的相移效应进行了比较。
2020-02-06 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
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
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
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
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
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
Helical edge and surface states in HgTe quantum wells and bulk insulators
量子自旋霍尔（QSH）效应是一种新的物质状态的性质，其保持时间反演，在体中具有能隙，但在边缘具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，它已被证明，碲化汞量子阱实现这种新颖的效果。在本工作中，我们从现实的紧束缚模型出发，证明了HgTe量子阱中螺旋边态的存在，并计算了它们的物理性质。我们还表明，3d碲汞是一个拓扑绝缘体单轴应变下，并表明，表面状态描述的单组分无质量的相对论狄拉克费米子在2+1维。实验预测的基础上从现实的计算得到的定量结果。
2007-05-10 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
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
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
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 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
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
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
Role of magnetic doping in topological HgTe and application of the Gram-Schmidt method for computing impurity states in quantum wells
本文提出Gram-Schmidt正交化方法计算HgTe量子阱中磁性掺杂杂质态，确定杂质能级和局域半径，并评估束缚磁极化子能量及其对量子霍尔输运的影响。
2025-03-31 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
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
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
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
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
Topological states in multi-orbital HgTe honeycomb lattices
对石墨烯的研究揭示了蜂窝晶格中出现的显著现象。然而，由于自旋轨道耦合不够强，在石墨烯和其他轻元素蜂窝结构中无法观察到在K点预测的量子自旋霍尔效应。在这里，我们从理论上表明，二维蜂窝晶格的碲汞可以结合蜂窝几何形状和强自旋轨道耦合的影响。实验上可通过掺杂获得的导带可以通过如石墨烯中的紧束缚晶格模型来描述，但是包括多轨道自由度和自旋轨道耦合。这将导致非常大的拓扑间隙（高达35毫电子伏）和一个平坦的带脱离他人。由于这种平坦的能带和相当大的库仑相互作用，HgTe的蜂窝结构构成了一个有前途的平台，用于观察分数陈绝缘体或分数量子自旋霍尔相位。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realistic picture of helical edge states in HgTe quantum wells
提出了一个描述HgTe/CdHgTe量子阱第一价带边极大值的最小有效二维哈密顿量。利用哈密顿量，我们研究了拉伸和压缩应变碲化汞量子阱中螺旋边态的图像。我们发现，边缘状态的色散和概率密度可以显着不同的Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型预测。我们的研究结果为进一步的理论研究奠定了基础，碲化汞基量子自旋霍尔绝缘体的直接和间接带隙超出BHZ模型。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Hall Shift Current and Nonlinear Anomalous Hall Effect in Gapped Dirac Fermion Systems
The University of Tokyo（东京大学）
探讨倾斜二维带隙狄拉克费米子系统中非线性反常霍尔效应新机制，源于与跨越能隙的朗道-齐纳隧穿相关的侧跳位移，为有机狄拉克费米子系统中现象提供解释。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall
HgTe quantum wells for QHE metrology under soft cryomagnetic conditions: permanent magnets and liquid ${^4He}$ temperatures
厚度为${\sim}$ 7 nm的HgTe量子阱可以具有石墨烯状能带结构，并且最近已经提出在高于特定临界场$B_c$的场中操作的条件下作为量子霍尔效应（QHE）电阻标准的潜在候选者，在该临界场之上拓扑相（具有寄生边缘传导）消失。我们目前的实验研究的不同的碲化汞量子阱的磁电阻作为温度和磁场的函数，确定的临界磁场$B_c$。我们证明，对于特定宽度的量子阱$B_c$变得足够低，以允许观察到非常宽的QHE平台在填充因子${v=-1}$（孔）在放松的冷磁条件：而使用商业0.82 T钕永磁体和温度的几个开尔文提供的${^4He}$液体系统。能带结构计算使我们能够定性地解释由于轻空穴和重空穴能量子带（价带的侧极大值）之间的相互作用而观察到的现象。我们的工作清楚地表明，具有无质量狄拉克费米子的碲化汞量子阱的特殊能带结构性质使它们成为开发具有宽松冷磁条件的超导器件的理想平台。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall
Quantitative theory of backscattering in topological HgTe and (Hg,Mn)Te quantum wells: acceptor states, Kondo effect, precessional dephasing, and bound magnetic polaron
我们提出的理论和数值计算的背散射率决定的受主空穴或Mn自旋在碲化汞和（Hg，Mn）Te量子阱中的量子自旋霍尔制度。各向异性的s-p和sp-d交换相互作用，近藤耦合，Luttinger液体效应，进动退相，和绑定磁极化子的作用是量化的。所测得的HgTe和（Hg，Mn）Te量子阱电导的大小和温度关系与实验结果一致。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital Hall effect as an alternative to valley Hall effect in gapped graphene
已提出带间隙的石墨烯是观察谷霍尔效应的良好平台，谷霍尔效应是一种涉及电子流动的传输现象，其特征在于不同的谷指数。在目前的工作中，我们表明，这种现象是更好地描述为一个实例的轨道霍尔效应，其中模糊的“谷”指数被替换为一个物理量，轨道磁矩，它可以被定义为均匀的整个布里渊区。这种描述消除了谷霍尔电导率中谷限制积分的任意截止选择的任意性，因为轨道霍尔效应中的电导率现在被定义为一个新量的布里渊区积分，称为轨道贝里曲率。这方面的OHE重新提供了直接的解释，在样品的边缘，在以前的克尔旋转测量观察到的积累相反的轨道时刻。
2021-05-13 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport in Double Quantum Well with Inverted Energy Spectrum: HgTe/CdHgTe
本文首次对碲化汞双量子阱系统进行了实验研究。的磁输运揭示了一个相当大的重叠的传导和价电子带比已知的碲化汞单量子阱（QW），这可以通过施加的栅极电压$V_g$调节。这种大的重叠表现在更高的临界场$B_c$中，该场将其上方的量子特性随$V_g$线性变化的范围与下方的具有复杂行为的范围分开。在后一种情况下，在霍尔磁阻$ρ_{xy}(B)$中观察到$N$形和双$N$形结构，与在类似的单量子阱中观察到的图像相比，它们的场尺度明显放大。从低场$N$形状的$ρ_{xy}(B)$的拟合和$ρ_{xx}(B)$中振荡的傅立叶分析中发现，在正和负$V_g$的整个研究范围内发现了共存的电子和空穴。这里的一个特殊特征是，发现的电子密度$n$在所研究的$V_g$的整个范围内几乎保持恒定，而空穴密度$p$从在极负$V_g$处的比$n$大6倍的值下降到在通过电荷中性点的极正$V_g$处的几乎为零。我们发现，这种差异之间的$n$和$p$源于一个数量级更大的状态密度的空穴在横向价带最大值比电子在导带最小值。我们解释了观察到的重入符号交替$ρ_{xy}(B)$之间的电子和空穴电导率和零电阻率状态的量子霍尔范围内的领域的基础上计算的图片的磁水平的DQW。
2015-10-29 cond-mat.mes-hall
Magnon spin Hall magnetoresistance of a gapped quantum paramagnet
受最近实验工作的启发，我们考虑了正常金属和带隙量子顺磁体之间的自旋输运。我们模拟后者作为磁振子莫特绝缘相的易平面铁磁绝缘体。我们评估介导的铁磁体和相邻的正常金属之间的界面交换耦合的自旋电流。对于我们所考虑的强相互作用磁振子，这种自旋电流产生自旋霍尔磁阻，它强烈地依赖于磁场的大小，而不是它的方向。这封信可能会激发量子磁体相位的电检测，并将这些材料纳入自旋电子器件。
2019-09-26 cond-mat.mes-hall
Giant Hall photoconductivity in narrow-gapped Dirac materials
带隙Dirac材料中的Bloch带Berry曲率使载流子动力学具有了新的性质。在这里，我们认为，在GDM的小带隙的光响应是显着增强的Berry曲率。这表现在当被圆偏振光照射时，巨大的和可饱和的霍尔光电导性。不同于由磁场中的洛伦兹力引起的霍尔运动（其阻碍纵向载流子运动），由贝里曲率引起的霍尔光电导可以促进纵向载流子输运。在GDM中，这导致霍尔区中的螺旋度依赖的光响应，其中光电导性由其霍尔分量主导。我们发现，每个入射辐照度的诱导霍尔电导率提高了6个数量级时，从可见光区（具有相应的带隙）的远红外。这些结果表明，窄隙GDM是Berry曲率存在时出现的独特物理学的理想测试平台，并为红外和太赫兹光电子学开辟了新的途径。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall effect in gapped graphene heterojunctions
我们模拟了异质结构中的量子霍尔效应，该异质结构由两个具有不同间隙的石墨烯条带$Δ_1$和$Δ_2$制成。我们考虑两种主要情况，$Δ_1=0,Δ_2\neq0$和$Δ_1=-Δ_2$。它们在一个基本方面是不同的：只有后者的功能扭结状态，当谷间耦合是不存在的，受到保护，免受背散射。我们计算的两个终端电导的异质结构的沟道长度高达430 nm，在两个运输配置，平行和垂直的界面。通过研究无序对沿边界输运的影响，我们量化了扭结态对背散射的鲁棒性。垂直于边界的输运显示了界面态如何为导电边缘态打开反向散射通道，破坏了均匀间隙的石墨烯霍尔棒所具有的完美电导量子化。我们的研究结果可以是相关的石墨烯沉积在六方氮化硼的研究，以及模型石墨烯的相互作用驱动的间隙相与两个等效相分离的域壁。
2013-07-31 cond-mat.mes-hall
Engineering a robust quantum spin Hall state in graphene via adatom deposition
2007年碲化汞量子阱量子电导的发现，为拓扑绝缘体（TI）领域提供了第一个实验证实。虽然许多三维TI已经被确定，碲化汞仍然是唯一已知的二维系统在这一类。此外，HgTe量子阱的制造困难阻碍了它们的广泛应用。为了打破这一僵局，我们提供了一个蓝图，用于稳定一个强大的TI状态在一个更容易获得的二维材料-石墨烯。利用对称性论证、密度泛函理论和紧束缚模拟，我们预测了具有一定重吸附原子的石墨烯实现了具有显著带隙的TI。对于铟和铊，我们最有希望的吸附原子候选者，适度的6%的覆盖率产生的估计差距接近80 K和240 K，分别，这应该是可检测的运输或光谱测量。在石墨烯中设计这样一个强大的拓扑相可以为新一代自旋电子学，超低耗散电子学和量子信息处理设备铺平道路。
2011-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal edge state transport in the quantum spin Hall state
在没有任何外部磁场的情况下，我们提出了碲化汞量子阱中量子自旋霍尔制度的非局域输运的直接实验证据。数据最终表明，非耗散量子输运通过边缘通道发生，而接触导致边缘处的反向传播自旋态之间的平衡。结果表明，实验数据与量子自旋霍尔效应理论定量一致。
2009-05-04 cond-mat.mes-hall
Magnus spin Hall and spin Nernst effects in gapped 2D Rashba systems
利用半经典玻尔兹曼输运理论研究了具有Rashba自旋轨道耦合的带隙二维电子气中的Magnus输运。除了它的签名中的电荷输运系数，包括在自旋电流运营商的马格努斯速度使我们能够研究马格努斯自旋输运系统。特别地，我们研究了质量间隙和费米表面拓扑结构对Magnus Hall和Nernst电导率及其自旋对应物的行为的作用。我们发现，与普遍的自旋霍尔电导率$σ_s=e/(8π)$不同，Magnus自旋霍尔电导率在零能隙极限下为零.自旋极化垂直于外加偏压（电/热）的马格努斯自旋电流是有限的，而沿偏压的极化为零。每个马格努斯电导率显示一个平台作为费米能量扫过间隙和峰值（其幅度随间隙减小）时，费米能量是在间隙边缘。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall
Unexpected edge conduction in HgTe quantum wells under broken time reversal symmetry
碲化汞量子阱中量子自旋霍尔效应的实现被认为是拓扑绝缘体发现的一个里程碑。的QSH边缘状态的预测，以允许电流在绝缘体的边缘流动，在各种实验中证明。QSH理论的一个关键预测仍然有待实验验证的是在破缺的时间反演对称性（TRS）下边缘传导的击穿。在这里，我们首先建立了一个严格的框架，了解磁场依赖的静电门控QSH设备。然后，我们报告了意想不到的边缘导电下打破TRS，使用一个独特的低温微波阻抗显微镜（MIM），在7.5 nm碲汞量子阱器件与倒置能带结构。在零磁场和低载流子密度下，在该器件的局部电导率分布中观察到清晰的边缘传导，但在能带结构微不足道的5.5 nm控制器件中没有观察到。令人惊讶的是，在7.5纳米器件的边缘传导持续高达9 T的磁场的影响很小。这表明物理学超越了简单的QSH模型，可能与材料特定的性质，其他对称性保护和/或电子-电子相互作用有关。
2015-06-02 cond-mat.mes-hall
