Effects of electron-hole asymmetry on electronic structure of helical edge states in HgTe/HgCdTe quantum wells
研究了HgTe/HgCdTe量子阱中电子-空穴非对称性对螺旋边态电子结构的影响。在四带kp模型的框架下，考虑到空间反转中心的缺失，我们得到了边缘态的能谱和波函数的解析表达式，以及边缘电子自旋分支间电偶极光学跃迁的有效g因子张量和矩阵元.我们表明，当两个条件同时满足-电子-空穴不对称性和没有反转中心-边缘电子的光谱偏离线性的，在这种情况下，我们得到的线性光谱的修正。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Band inversion transition in HgTe nanowire grown along the [001] direction
Yanshan University（燕山大学）；Hebei Key Laboratory of Microstructural Material Physics, School of Science, Yanshan University（燕山大学理学院河北省微观结构材料物理重点实验室）
研究通过微扰理论构建了沿[001]方向生长的HgTe纳米线的低能有效哈密顿量，考虑了Kane模型的各向异性和体反演不对称项，发现临界半径下能带结构在有限波矢下发生间隙关闭和重新打开的转变。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conductance oscillations at the interface between a superconductor and the helical edge channel in a narrow HgTe quantum well
实验研究了带反转二维电子系统边缘与超导体界面的电子输运。该界面是作为一个隧道NbN侧接触到一个狭窄的8~nm碲化汞量子阱。它展示了超导能隙内具有有限电导的典型Andreev行为。令人惊讶的是，电导是由一些等距振荡调制。这种振荡只出现在超导能隙内和最低温度1~K以下。振荡在垂直于二维电子系统平面的磁场中完全消失。相反，振荡的周期仅受最高的，高达14 T的，面内取向的磁场的微弱影响。我们解释这种行为的干涉振荡的螺旋一维边缘通道由于接近超导体。
2015-02-17 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
Evolutions of helical edge states in disordered HgTe/CdTe quantum wells
研究了HgTe/CdTe量子阱中无序诱导边缘态随无序强度的演化。从超原胞的能带结构和波函数，它清楚地表明，导电螺旋边缘状态，这是负责报告的量子化电导平台，出现以上的临界无序强度后，间隙关闭相变。这些边缘状态，然后发现下降与无序强度的增加，在一个逐步的模式，由于有限宽度的效果，其中相对的边缘相互耦合，通过本地化的状态在散装。这是在鲜明的对比与本地化的边缘状态本身，如果磁紊乱掺杂，打破了时间反演对称性。通过标度分析得到了拓扑相的尺寸无关边界，并确定了在更强的无序下到Anderson绝缘体的Anderson转变，在其间，发现金属相将两个拓扑不同的相分开。
2011-06-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Non-sinusoidal current-phase relationship in Josephson junctions from the 3D topological insulator HgTe
利用超导量子干涉仪（SQUID）显微镜研究了三维拓扑绝缘体碲化汞（3D-HgTe）约瑟夫森结的电流-相位关系。我们发现明显的偏态的碲化汞结的CPRs的长度范围从200 nm到600 nm。偏度表明约瑟夫森电流主要由具有高透射率的Andreev束缚态携带，并且偏度在长于平均自由程的结中持续存在的事实表明，该效应可能与HgTe表面中Andreev束缚态的螺旋性质有关。
2014-10-13 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
Helical Luttinger liquid in topological insulator nanowires
推导并分析了强拓扑绝缘体构成的圆柱形纳米线中电子相互作用的有效低能理论。三种不同的方法提供了一个一致的图片的能带结构，其中表面状态内形成的散装间隙对应于一维带索引的总角动量。当半整数磁通量穿过纳米线时，我们发现了一种强关联的螺旋Luttinger液体，它在拓扑上受到了弱无序的保护。我们描述了如何运输实验可以检测到这种状态。
2010-06-23 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
Strongly anisotropic spin response as a signature of the helical regime in Rashba nanowires
当自旋轨道动量接近费米动量k_F \approx k_{SO}时，磁场中的Rashba纳米线呈现螺旋状.我们表明，这种制度的特点是由一个强烈的各向异性的电子自旋磁化率，在自旋空间中的一个方向上的指数抑制信号，并且没有沿这个方向的低频自旋波动。由于在无带隙区k_F \not \approx k_{SO}中的自旋响应在所有三个方向上具有幂律行为，因此自旋测量提供了补充自旋不敏感电导测量的螺旋区的特征。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall
Signatures of interaction-induced helical gaps in nanowire quantum point contacts
在具有强自旋轨道耦合（SOC）的半导体器件中实现自旋-动量锁定是纳米自旋电子学的基本目标，也是形成Majorana束缚态的重要前提。这样的螺旋状态预测在一维（1D）纳米线受到强大的Rashba SOC和自旋混合，其标志是一个特征重入行为的电导。在这里，我们报告的第一个直接实验观察的重入电导功能，这揭示了螺旋液体的形成，在最低的一维子带的InAs纳米线。令人惊讶的是，在没有磁场的情况下，该特征也非常突出。这种行为表明，交换相互作用对我们设备中的传输具有重大影响。我们把赝能隙的打开归因于自旋翻转的两粒子背散射。理想螺旋输运的全电起源对拓扑量子计算具有重要意义。
2017-01-29 cond-mat.mes-hall
Strong Spin-Orbit Interaction and Helical Hole States in Ge/Si Nanowires
我们从理论上研究了Ge/Si核壳纳米线的低能空穴态。低能价带是准边生的，由两个不同轨道角动量的二重态形成，可以通过相对壳层厚度和外场来控制。我们发现，直接（偶极）耦合到一个温和的电场导致一个非常大的自旋轨道相互作用的Rashba型的顺序上的毫电子伏，从而产生明显的螺旋状态，使电自旋控制。该系统允许量子点和自旋量子位的能级可以从接近零到几个meV变化，这取决于相对壳层厚度。
2011-12-05 cond-mat.mes-hall
Dynamic response functions and helical gaps in interacting Rashba nanowires with and without magnetic fields
由于施加磁场而产生的部分能隙谱是纳米线中Rashba自旋轨道耦合的主要探测器之一。这种“螺旋间隙”表现在线性电导，以及在动态响应函数，如光谱函数，结构因子，或隧道密度的状态。在本文中，我们从理论上研究了这些观测量中螺旋间隙的签名，特别关注Rashba自旋轨道耦合和电子-电子相互作用之间的相互作用。我们发现，在准一维导线中，即使没有磁场，相互作用也可以打开螺旋间隙。我们使用玻色化，重整化群分析，和新兴的sine-Gordon模型的确切形状因子计算动态响应函数。对于特殊的相互作用强度，我们验证了我们的结果，通过量子化。我们展示了如何在实验中区分由磁场或相互作用引起的两种类型的螺旋间隙。
2016-12-13 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
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
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
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
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
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
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
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
Robust Helical Edge Transport in Quantum Spin Hall Quantum Wells
我们发现，在基于量子自旋霍尔系统的狄拉克点的掩埋可以产生意想不到的鲁棒性的边缘状态的磁场。详细的${\bf k\cdot p}$能带结构分析表明，InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子阱表现出这样的埋狄拉克点。通过模拟运输中的一个有效的模型内描述的无序系统，我们进一步证明，埋狄拉克点产生近量子化的边缘传导到大磁场，与最近的实验一致。
2017-09-14 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
Nonlocal resistance and its fluctuations in microstructures of band-inverted HgTe/(Hg,Cd)Te quantum wells
实验研究了含带反转HgTe/ Hg_{0.3} Cd_{0.7} Te量子阱的栅控微结构中的输运。使用许多接触的非局部电阻的测量证明，在耗尽制度的电流进行的边缘通道，如预期的二维拓扑绝缘体。然而，沟道电阻的高且非量化的值表明拓扑保护长度（即，螺旋边缘沟道中的载流子在没有反向散射的情况下传播的距离）比沟道长度短得多，该沟道长度为~100微米。弱的温度依赖性的电阻和温度相关的可再现的准周期性电阻波动的存在下，可以定性地解释由电荷池中的存在下，从边缘通道的电子隧道耦合。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall
Conductance through a helical state in an InSb nanowire
电子的运动和它的自旋一般是不耦合的。然而，在具有强自旋-轨道相互作用（SOI）的一维材料中，螺旋状态可以在有限的磁场下出现，其中相反自旋的电子将具有相反的动量。这种螺旋状态的存在有自旋过滤和库珀对分裂器设备的应用，是一个必不可少的成分，实现拓扑保护的量子计算使用马约拉纳零模式。在这里，我们报告的量子点接触（QPC）形成的锑化铟纳米线的磁场的函数的电导测量。在超过3 T的磁场下，$2e^2/h$平台显示出朝向$1e^2/h$的折返电导特征，其在包围$1e^2/h$平台之前宽度随磁场线性增加。旋转外部磁场平行或垂直于自旋轨道场，使我们能够清楚地将这种实验特征归因于SOI。我们将我们的观测结果与包含SOI的QPC模型进行了比较，并提取了~6.5meV的自旋轨道能量，这明显强于通过其他方法获得的SO能量。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall
Prevalence of trivial zero-energy sub-gap states in non-uniform helical spin chains on the surface of superconductors
螺旋自旋链，由磁性（ad-）原子，在大块超导体的表面上，被预测主机马约拉纳束缚态（MBSs）在链的末端。在这里，我们调查这些螺旋自旋链系统中平凡的零能量束缚态的流行。首先，我们证明了超导体上螺旋自旋链的哈密顿量可以映射到一个有效的哈密顿量，让人想起具有强Rashba自旋轨道耦合的半导体纳米线。特别是，我们表明，相邻的磁矩映射到平滑的有效纳米线哈密顿量的非均匀电位之间的不同的旋转速率。以前已经发现，平凡的零能态是丰富的纳米线系统与光滑的潜力。因此，我们进行了广泛的搜索在不同的旋转速率的螺旋自旋链系统的零能量束缚态。虽然在一定的维度和旋转轮廓的束缚态与近零能量确实存在，我们发现，零能量束缚态是远远低于在半导体纳米线系统中具有等效的非均匀性普遍存在。特别是，利用不同的旋转速率，我们没有找到零能量的束缚态在最实验相关的设置组成的三维超导体的表面上的一维螺旋自旋链，即使是在等价的一维和二维系统中产生近零能量状态的配置文件。虽然我们的研究结果并不排除它们，但与等效半导体纳米线相比，长非均匀螺旋自旋链中零能量束缚态的普遍性大大降低，以及通过STM局部测量状态的能力，应该减少在此类系统中识别MBS的实验障碍。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall
Robust helical edge transport at $ν=0$ quantum Hall state
在具有狄拉克锥的二维材料中，最有趣的预测之一是第零朗道能级（LL）的存在，该能级由具有相反手性的电子和空穴均等地填充。在LL填充因子$ν=0$带隙的量子霍尔态处，塞曼分裂产生了具有螺旋自旋结构的无隙边缘态。我们在零能隙碲化汞量子阱中观测到了$ν=0$量子霍尔态的巨非局域四端输运。我们的实验清楚地证明了在单谷狄拉克锥材料系统中存在鲁棒的螺旋边缘态。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
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
Enhanced Thermoelectricity in Nanowires with inhomogeneous Helical states
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（纳米科学研究所-意大利国家研究委员会与比萨高等师范学校）；ICTP（理论物理中心）；Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino（都灵理工大学应用科学与技术系）
通过调节自旋轨道场方向，可增强纳米线热电性能，实现对维德曼-弗兰兹定律的违反和ZT因子的提升。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall
Inelastic electron backscattering in a generic helical edge channel
本文计算了无轴向自旋对称的一维螺旋液体的低温电导。这种对称性的缺乏允许单个电子的非弹性后向散射，伴随着另一个电子的前向散射。这种弱相互作用和潜在的杂质散射的联合效应导致与量子化电导$δG \propto T^4$的温度依赖性偏差。此外，$δG$对费米能级的位置敏感。我们确定数值参数进入我们的通用模型的Bernevig-Hughes-Zhang哈密顿的碲化镉量子阱中存在的Rashba自旋轨道耦合。
2012-05-04 cond-mat.mes-hall
SNS junctions in nanowires with spin-orbit coupling: role of confinement and helicity on the sub-gap spectrum
我们研究了具有强Rashba自旋轨道耦合的半导体纳米线超导-正常-超导（SNS）结的正常输运和亚能隙谱。我们专注于，特别是在长弹道路口的约束效应的作用。在正常状态下，在两个接触处的散射引起电导中的两个不同特征，法布里-珀罗共振和法诺凹陷。后者出现在一个强大的塞曼场$B$的存在下，除去自旋扇区的铅（\emph{helical}铅），但不是在中心区域。相反，非螺旋形引线之间的螺旋形中心区域呈现半量子电导的螺旋形间隙，具有叠加的螺旋形法布里-珀罗振荡。当引线变成超导体时，这些正常特征转化为不同的亚能隙状态。特别是，在螺旋间隙内的法布里-珀罗共振成为宇称保护的零能态（宇称交叉），远低于临界场$B_c$，在该临界场处超导引线成为拓扑。作为塞曼场或费米能量的函数，这些零模在零能量附近振荡，形成特征环，当$B$超过$B_c$时，这些特征环连续演化成Majorana束缚态。讨论了Yu-Shiba-Rusinov束缚态与宇称交叉物理的关系。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall
Chiral Majorana edge states in HgTe quantum wells
碲化汞基量子阱由于能够实现具有螺旋边态保护的二维拓扑绝缘体而受到广泛关注。另一类拓扑系统是具有马约拉纳边态的拓扑超导体（TSC）。在本文中，我们展示了如何在大量的碲化汞量子阱的邻近诱导的s波超导性，并在塞曼场的存在下，可以表现出一个TSC与手征马约拉纳边缘状态。我们计算的拓扑不变量和相应的马约拉纳边缘状态明确内的四带模型占反转对称性破缺项由于Rashba自旋轨道耦合和散装反转不对称存在于这些量子阱。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magnetization reversal mechanism of double-helix nanowires probed by dark-field magneto-optical Kerr effect
TU Wien（维也纳工业大学）；University of Loughborough（拉夫堡大学）；Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所，西班牙科学理事会-萨拉戈萨大学）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）；University of Vienna（维也纳大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Hiroshima University（广岛大学）
通过暗场磁光Kerr效应研究双螺旋纳米线在三维磁场下的磁化反向机制，揭示了螺旋涡旋管的形成与反向过程，为三维纳米结构的磁性研究提供了新方法。
2026-01-13 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
Suppression of scattering in quantum confined 2D-helical Dirac systems
在大能量极限下研究了无序量子限制螺旋狄拉克系统的输运性质。只要二维输运长度大于纳米线的周长，电导和Fano因子仅在费米能接近横模开口时对无序敏感。在大量横模的限制下，输运性质对纳米线的几何形状或无序的性质和强度不敏感，而是由欧姆接触和纳米线之间的界面的性质主导。在重掺杂狄拉克金属接触的情况下，电导与能量成比例，平均透射率为$\mathcal{T}=π/4$，Fano因子为$F\simeq 0.13$。这些结果可以推广到更广泛的接触类别，$\mathcal{T}$和$F$的确切值取决于接触使用的模型。当磁通量穿过纳米线的截面时，确定了Aharonov-Bohm振荡的能量依赖性。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall
One-dimensional helical transport in topological insulator nanowire interferometers
三维（3D）拓扑绝缘体的发现为产生由螺旋表面电子组成的不寻常相和粒子打开了一扇大门，提出了使用不寻常自旋性质的新应用。螺旋电子输运的证明是拓扑绝缘体物理和器件应用的关键一步。拓扑绝缘体纳米线的自旋织构表面电子在封闭的磁通量作用下形成一维能带，为实现自旋-动量锁定性质的量子输运提供了独特的纳米尺度平台。在这里，我们报告了一个拓扑保护的一维模式的表面电子在拓扑绝缘体纳米线存在于只有两个值的半磁量子通量（$\pm$ h/2 e）由于自旋贝瑞相（$π$）的观察。螺旋一维模式对无序是鲁棒的，但对垂直磁场破坏时间反演对称性是脆弱的。这一结果证明了一个设备具有强大的和容易访问的1D螺旋电子状态从3D拓扑绝缘体，一个独特的纳米电子系统，研究拓扑现象。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional Dirac modes in the core of a pentagonal topological crystalline insulator nanowire
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
该研究针对五边形拓扑晶体绝缘体纳米线，通过紧束缚与多轨道计算，揭示其核心及表面的一维狄拉克模式，证实其可作为空间分离螺旋通道的实验实现体系。
2026-08-07 cond-mat.mes-hall
Spin filtering in germanium/silicon core/shell nanowires with pseudo-helical gap
具有强自旋-轨道相互作用的半导体可以表现出由磁场打开的具有自旋-动量锁定的螺旋带隙。这样的间隙是高度自旋选择性的，这是拓扑保护的自旋-动量锁定的结果，其可以用于自旋过滤。我们实验证明了这样的自旋过滤效应在准弹道p型锗/硅核/壳纳米线（NW），它具有一个伪螺旋间隙没有应用的磁场。极化空穴自旋注入到NW是使用钴铁磁接触与NW上的受控自然表面氧化物作为隧道势垒来实现的。局域和非局域自旋阀效应的测量作为验证极化自旋输运的NW外的螺旋间隙。我们电调谐到螺旋间隙的NW扫描其化学势与门。在局域自旋阀几何结构中观察到具有三个电阻态的磁滞回线，作为螺旋间隙中自旋过滤的证据。
2020-08-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Majorana and fractionally charged bound states in 1-D Rashba nanowire under spatially varying Zeeman fields
研究了一维Rashba纳米线在空间变化的塞曼场作用下与$s$波超导衬底耦合时的拓扑相变。我们表明，该系统支持Majorana束缚态（MBS）和分数电荷束缚态（FBS）的Jackiw-Rebbi型。通过将塞曼哈密顿量分解为多个螺旋分量，我们发现每个螺旋分量都对应一个拓扑区域，其特征是出现了多螺旋分支。FBS出现在由任何两个具有不同拓扑构型的螺旋组分所产生的重叠间隙区域中，类似于SSH模型中的结处形成的那些。然后，我们开发了一个通用的标准的MBS和FBS的发生条件。我们的研究结果表明，大的Rashba自旋轨道耦合振幅或在弱塞曼场的存在下，系统有利于MBS，否则FBS更有利。最后，我们证明了零能束缚态的自旋分量在垂直于Rashba矢量的平面内是极化的，并且这种极化随塞曼场相位的变化而振荡.
2014-09-22 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
$\mathbb Z_{2q}$ parafermionic hinge states in a three-dimensional array of coupled nanowires
University of Basel（巴塞尔大学）
本文研究了由弱耦合Rashba纳米线构成的三维拓扑超导体，发现存在体能隙和表面能谱能隙的同时，$\mathbb{Z}_{2q}$ parafermionic模在棱边保持无能隙特性。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall
Magnetic field induced localization in 2D topological insulators
量子自旋霍尔绝缘体中螺旋边缘态的局域化需要打破时间反转不变性。在实验中，这自然通过施加弱磁场B来实现。我们提出了一个基于散射理论的模型，描述了由于耦合到随机磁通量的螺旋边缘状态的本地化。我们发现，当B很小时，局域化长度与B^{2}成正比，当B足够大时，局域化长度饱和为常数。我们特别估计的HgTe/CdTe量子阱的局域化长度与已知的实验参数。
2012-07-10 cond-mat.mes-hall
Signatures of Rashba spin-orbit interaction in the superconducting proximity effect in helical Luttinger liquids
考虑二维拓扑绝缘体边缘螺旋Luttinger液体中的超导邻近效应，导出了与s波超导体隧道耦合的边缘态的低能哈密顿量.除了左右移动模式之间的相关性之外，耦合可以在单个模式内诱导它们，因为边缘模式的自旋轴不一定是恒定的。这可以通过Rashba自旋轨道耦合在HgTe/CdTe量子阱中可控地诱导，并且是边缘态波函数的2D性质的结果。这两个特征在邻近效应中的区别对于使用这种螺旋模式以分裂库珀对也是至关重要的。我们讨论了随之而来的运输签名，并指出了一个长期的功能，在直流电导测量，可用于区分两种类型的相关性存在，并确定Rashba相互作用的大小。
2012-01-20 cond-mat.mes-hall
Aharonov Bohm effect in 2D topological insulator
我们测量了具有反转能带结构的碲化汞量子阱的磁输运性质，该量子阱是一个具有带隙的二维拓扑绝缘体，其边缘是螺旋形的无带隙态.在局域电阻和非局域电阻结构中观察到负磁电阻效应，并随磁场的变化出现周期振荡。我们将这种行为归因于Aharonov-Bohm效应，该效应是由于磁通量通过耦合到螺旋边缘态的载流子水坑而引起的。这些熔池的特征尺寸约为100 nm。
2015-01-15 cond-mat.mes-hall
Helical edge states in multiple topological mass domains
在碲化汞量子阱中实验发现了二维拓扑绝缘相。二维拓扑绝缘体（TI）的低能物理由Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型描述，其中拓扑绝缘相或正常绝缘相的实现分别取决于Dirac质量为负或正。我们求解了BHZ模型的质量域组态，分析了有限狄拉克质量在正常绝缘区（软壁边界条件）对边缘模的影响。我们发现，在TI和正常绝缘体（NI）之间的边界处，出现在界面处的边缘态的狄拉克点强烈地依赖于两个区域中的狄拉克质量之间的比率。我们还考虑了多个边界的情况，如NI/TI/NI，TI/NI/TI和NI/TI/NI/TI。
2012-11-22 cond-mat.mes-hall
Interplay of chiral and helical states in a Quantum Spin Hall Insulator lateral junction
我们研究了在有和没有外加磁场的情况下，碲化汞量子阱（一种规范的二维拓扑绝缘体）中的静电门控横向结的电子输运。我们独立地控制结区域内部和外部的载流子密度，从而调整在这些区域中的每个区域中传播的1D边缘模式的数量和性质。在二维带隙外，磁场驱动系统进入量子霍尔区，手征态在边缘传播。在这个制度中，我们观察到分数高原，反映了1D手性模式之间的平衡跨越交界处。随着载流子密度在中心区域和中等场接近于零，我们观察到电阻的振荡，我们归因于法布里-珀罗干涉的螺旋状态，使时间反演对称性破缺。在更高的领域，这些振荡消失，与预期的螺旋状态时，带反转解除协议。
2017-12-13 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
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
Resonant Landau-Zener transitions in helical magnetic fields
研究了螺旋磁场中磁性半导体波导（纳米线）中自旋相关的电子输运。我们已经表明，除了位于等于螺旋场幅度$B_h$的磁场处的已知电导下降之外，在不同于$B_h$的磁场处出现额外的电导下降（电导为零）。这种效应发生在非绝热制度被解释为从自旋分裂的子带之间的共振朗道-齐纳跃迁。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall
Observation of Volkov-Pankratov states in topological HgTe heterojunctions using high-frequency compressibility
拓扑绝缘体维持狄拉克费米子表面态是体中能带反转的结果。这些态具有螺旋自旋极化和大费米速度的线性色散。在这篇文章中，我们报告了一组实验观察表明存在大量的表面状态。这些状态被限制在界面处，并且在高能量和/或高电场下支配平衡和输运性质。通过监测碲化汞拓扑绝缘体场效应电容器的交流导纳，我们获得了表面态的可压缩性和电导率在很宽的能量范围和电场。狄拉克表面态的特征在于可压缩性最小值，线性能量依赖性和高迁移率持续到远大于体的传输带隙的能量。新的功能，揭示了在高能量的签名，如电导峰，压缩性颠簸，一个强大的电荷亚稳性和霍尔电阻异常。这些功能点的存在下，激发的大规模的表面状态，负责一个强大的子带间散射的狄拉克状态和亚稳态散装载流子的成核。激发态的光谱与拓扑平凡半导体界面的唯象模型的预测一致。该模型考虑了有限的界面深度和电场的影响。激发态的存在对于理解拓扑相是必不可少的，并且为量子技术中的工程和开发拓扑资源开辟了一条路线。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall
