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
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
Subband structure of a cylindrical HgTe nanowire: transition from normal type to inverted type
本文基于6×6 Kane模型解析计算了圆柱形HgTe纳米线的子带结构，发现通过调节半径可实现正常型到反转型的拓扑能带转变，临界半径约为3.2 nm。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall
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
Spin mixing between subbands and extraordinary Landau levels shift in wide HgTe quantum wells
我们从实验和理论两方面研究了宽~20 nm HgTe量子阱中非平凡电子朗道能级在磁场中的移动：朗道能级在磁场下分裂，但当磁场增大时又发生简并.我们在各向同性6带凯恩模型中定性地再现了这种行为，然后使用半经典计算，我们表明这种行为是由于总自旋为3/2的导带与自旋为1/2的下一个阱子带的混合，这将平均垂直自旋从3/2降低到1左右。这种平均自旋的变化改变了Berry相位，解释了朗道能级在磁场下的演化。
2018-10-16 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
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
Density of states measurements for heavy subband of holes in HgTe quantum wells
窄HgTe量子阱中的价带在$Γ$点处包含导电良好的类Dirac轻空穴，而在局域谷处包含导电较差的重空穴子带。在这里，我们提出并采用两种方法来测量这些重空穴的态密度。第一种方法使用门充电技术来测量每个粒子的熵。当费米能级随栅极电压从轻子带调谐到重子带时，熵急剧增加，并且这种增加的值给出了态密度的估计。第二种方法间接地从轻空穴的Shubnikov-de Haas振荡周期的栅电压依赖性确定重空穴的态密度。两种方法所得结果基本一致。我们的方法可以应用于测量大的有效载流子质量在其他二维门控系统。
2019-12-11 cond-mat.mes-hall
Split Dirac cones in HgTe/CdTe quantum wells due to symmetry-enforced level anticrossing at interfaces
我们描述了HgTe/CdHgTe量子阱的临界和接近临界厚度的狄拉克态的精细结构，并证明了由界面反转不对称驱动的狄拉克锥尖端之间的反交叉间隙的形成。通过结合对称性分析、原子计算、k-p理论和界面项，我们得到了能谱的定量描述，并提取了界面混合系数。狄拉克锥的零磁场分裂可以在研究磁输运现象、回旋共振、拉曼散射或太赫兹辐射吸收等方面得到实验证实。
2014-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Quantum revivals in HgTe/CdTe quantum wells and topological phase transitions
本文将波包时间演化分析扩展至HgTe/CdTe量子阱，利用二维有效Dirac Hamiltonians研究电子电流波包，发现其两种周期性在临界厚度附近最小、振幅最大，从而可表征拓扑相变。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-energy effective Hamiltonian and end states of an inverted HgTe nanowire
本研究针对HgTe纳米线的能带反转问题，推导了含E₁、H₁、H₂三个子带的块对角型3×3低能有效哈密顿量，在开放边界条件下的反型区域中发现了端点态。
2025-08-31 cond-mat.mes-hall
Probing temperature with lattice matched HgTe/CdTe core/shell nanoparticles
光致发光（PL）的研究可以提供对半导体纳米颗粒（NP）的光学性质的基本洞察，但同样受到NP尺寸分布和低发光产率的限制。无机半导体核/壳结构具有耐久性、高发光量子产率（LQY）（在可见光范围内为10-80%）的附加优点，并且可用于生物标记、LED和发光测温应用。然而，发光测温需要窄的PL线宽，强烈的发光，并应随温度线性和可逆地变化，这是很难实现的晶格失配（3.9%-10.6%）的核/壳结构。在这里，我们报告了晶格匹配的，耐用的和非常小的（2.8nm）的碲化镉/碲化镉核/壳纳米粒子，其光学活性被证明是在紫外范围内，并产生了非常高的发光。PL随核/壳NP的温度的可逆变化被用作光学探针温度传感器，其分辨率为0.32%每开氏度，被认为是迄今为止报道的有效的发光温度计之一。
2010-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Andreev spectroscopy of doped HgTe quantum wells
我们研究了高迁移率HgTe/CdTe量子阱中的Andreev反射过程。我们发现Andreev电导探测了大质量2+1狄拉克费米子的动力学，并且即使在正常/超导结两侧的费米波长之间存在较大失配的情况下，也可以实现镜面Andreev反射和逆反射。
2010-08-08 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
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
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
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
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
Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
我们报道了在顶栅电压作用下18- 22 nm碲化汞量子阱导带中的Shubnikov-deHaas振荡的拍频现象。分析的殴打揭示了两个电子浓度在费米能级产生由于Rashba样的自旋分裂的第一个导电子带H1。用一个包含量子阱界面局域表面态的玩具静电模型定性地解释了两种浓度下dN_s随栅电压的变化关系。dN_s的实验值与八带kp哈密顿量的Poisson方程和Schrodinger方程的自洽计算值也有很好的定量一致性。我们的结果清楚地表明，第一导带的大自旋分裂是由与重空穴带杂化的$H1$态的表面性质引起的。
2018-10-16 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
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
Asymmetric versus symmetric $\rm{HgTe/Cd_{x}Hg_{1-x}Te}$ double quantum wells: Band gap tuning without electric field
研究了沿$[001]$方向生长的双非对称$\rm{HgTe/Cd_{x}Hg_{1-x}Te}$量子阱中的电子态。通过应用于8带Kane $\bf{k}\cdot\bf{p}$模型的包络函数近似计算子带。双量子阱的限制势的不对称性导致间隙开口，这在对称系统中是不存在的，在对称系统中它只能由施加的电场引起。带隙和子带受自旋轨道耦合的影响，这是限制势的不对称性的结果。类电子态和类空穴态主要被限制在不同的量子阱中，它们之间增强的杂化在有限的面内波矢处打开了自旋相关的杂化带隙。我们发现，两个量子阱的宽度的比率和$\rm{Cd_{x}Hg_{1-x}Te}$势垒的摩尔分数控制的类空穴状态和杂化间隙之间的能隙。的能量子带显示出倒序，因此一个非平凡的拓扑相可能出现在系统中。
2020-08-02 cond-mat.mes-hall
Negative polarizability of 2D electrons in HgTe quantum well
本文计算了CdTe/Cd$_x$Hg$_{1-x}$Te/CdTe量子阱中电子的极化率，发现无镉量子阱中二维电子具有负极化率，其位移与电场作用力方向相反，可使介电常数降低达$(10-15)$个百分点。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Unprotected edge modes in quantum spin Hall insulator candidate materials
在量子自旋霍尔绝缘体候选材料，如碲化汞/碲化镉和砷化铟/镓锑异质结构的实验表明，除了拓扑保护的螺旋边缘模式，这些多层异质结构还可以支持额外的边缘状态，这可以有助于散射和运输。我们使用第一性原理计算推导出HgTe/CdTe，HgS/CdTe和InAs/GaSb异质结构的有效紧束缚模型，并证明了所有这些材料都支持对边缘终止敏感的附加边缘态.我们追溯这些国家的微观起源回到一个极小模型支持平带的非平凡的量子几何，引起极化电荷的边缘。我们表明，极化电荷转化为额外的边缘状态时，平坦带相互耦合，并与其他国家，形成描述完整的异质结的哈密顿量。有趣的是，在碲化汞/碲化镉量子阱的附加边缘状态是远离费米能级，使他们不有助于运输，但在碲化汞/碲化镉和砷化铟/镓锑异质结构中，他们出现在散装能隙引起的可能性，多模边缘运输。最后，我们证明，因为这些额外的边缘模式是非拓扑的，它是可能的，以消除它们从体能隙通过修改边缘电位，例如与侧栅极或化学掺杂的帮助。
2022-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Engineering topological phases in triple HgTe/CdTe quantum wells
本文结合 $8\ imes8$ Kane 模型、有效二维哈密顿量与输运实验，研究三层 HgTe 量子阱的拓扑相图，并通过 SdH 振荡证实抛物带与 Dirac 带共存。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Robust Level Coincidences in the Subband Structure of Quasi 2D Systems
最近，晶体能带中的能级交叉被认为是拓扑相变的关键特征。使用现实的模型，我们表明，参数空间控制能级重合的发生在能带有一个更丰富的结构比预期的。特别是，我们确定了强大的水平重合，不能删除一个小的扰动相容的晶体对称性的哈密顿。然后，本体绝缘的不同拓扑相被无间隙（金属）相分开。我们认为碲化汞/碲化镉量子阱作为一个具体的例子。
2011-03-11 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
Interplay between strain and size quantization in a class of topological insulators based on inverted-band semiconductors
Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；KBR（KBR公司）；Department of Physics and Astronomy, Ohio University（俄亥俄大学物理与天文系）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），CSIC-UPV/EHU联合中心）；Departamento de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología, Facultad de Química, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学化学学院先进聚合物与材料系：物理、化学与技术）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基，巴斯克科学基金会）
研究应变与有限尺寸对倒置带半导体表面态的影响，揭示Dirac半金属与准三维拓扑绝缘体转变的起源，推翻现有结论并提出新的表面态。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall
Quantum Oscillations of Photocurrents in HgTe Quantum Wells with Dirac and Parabolic Dispersions
报道了在不同宽度的HgTe/HgCdTe量子阱中观测到的太赫兹辐射诱导光电流的磁振荡现象。HgTe/HgCdTe量子阱具有类Dirac-like、倒抛物型和正抛物型能带结构。光电流数据伴随着光电阻（光电导），辐射传输，以及磁输运的测量。我们开发了一个回旋共振辅助光电流效应的微观模型，描述了主要的实验结果。我们证明了光电流的量子振荡是由于费米能级与朗道能级的交叉导致自旋极化率和自旋子带电子迁移率的振荡。理论解释了实验中观察到的光电流方向随磁场变化而反转的现象。我们描述了与Shubnikov-de Haas效应的热抑制有关的光电导振荡。
2014-07-07 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
Tunable spin-polarized edge transport in inverted quantum-well junctions
倒置HgTe/CdTe量子阱已被用作实现2D拓扑绝缘体的平台，该绝缘体材料具有受时间反转对称性保护的自旋螺旋金属边缘状态。本文研究了HgTe/CdTe量子阱结的光谱和电荷输运特性，包括拓扑结构和时间反演对称性两种情况。我们采用BHZ有效哈密顿量对系统进行建模，并采用有限差分法计算了系统的输运性质。具体来说，我们研究了材料的空间分辨电导设置与门控中心区域，形成单极（n-n $^{\prime}$ -n）和异极（n-p-n，n-TI-n）的双结，最近已经在实验中实现。我们发现制度中的边缘状态进行自旋极化电流的中心区域，即使在存在一个小的磁场，这打破TRS。更有趣的是，电导显示自旋相关的法布里-珀罗振荡作为中央栅极电压的函数，产生通过器件的可调谐的完全自旋极化电流。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall
Magnetic properties of HgTe quantum wells
利用解析公式和有限差分方法，研究了在垂直磁场和硬壁存在下，HgTe/CdTe基量子阱的能谱和磁边态随磁场的变化关系，给出了相应于正常态和反转态的能带结构参数.虽然在正常状态下，在最高（类电子）价态和最低（类空穴）传导朗道能级之间的交叉点以下，人们无法找到反向传播的自旋极化态，但在反转状态下，人们仍然可以在有限的磁场中观察到这种状态，尽管这些状态不再受到时间反演对称性的保护。此外，在碲化汞量子阱的体磁化强度和磁化率进行了研究，特别是它们的依赖于磁场，化学势，和载流子密度。我们发现，对于固定的化学势以及固定的载流子密度，磁化强度和磁化率在正常和倒置制度表现出de Haas-van Alphen振荡，其幅度随温度的升高而减小。此外，如果能带结构被反转，则基态磁化（以及因此基态磁化率）在最高价态和最低传导朗道能级之间的交叉点处是不连续的。在有限的温度和/或掺杂下，这种不连续性被电子和空穴的贡献所抵消，并且总磁化强度和磁化率是连续的。在正常状态下，这种基态磁化强度的不连续性不会出现，并且磁化强度在零温度和有限温度下都是连续的。
2012-07-26 cond-mat.mes-hall
Large gap quantum spin Hall insulator, massless Dirac fermions and bilayer graphene analogue in InAs/Ga(In)Sb heterostructures
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）态已经在两个半导体系统- HgTe/CdTe量子阱（QWs）和InAs/GaSb量子阱双层中得到证实。与HgTe/CdTe量子阱不同，InAs/GaSb量子阱双层结构的反向带隙在布里渊区的$Γ$点处不开放，从而阻止了无质量狄拉克费米子的实现。在这里，我们提出了一类新的半导体系统的基础上InAs/Ga（In）Sb多层膜，托管QSHI状态，石墨烯类相和双层石墨烯类似物，这取决于它们的层厚度和几何形状。QSHI间隙在新的结构可以达到60 meV的现实设计和参数。该值是室温下热能的两倍，显著扩展了基于III-V族晶闸管的拓扑器件的应用潜力。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field driven quantum phase transition between band insulator and topological insulator
我们从理论上证明了电场可以驱动CdTe/HgCdTe/CdTe量子阱中的能带绝缘体到拓扑绝缘体的量子相变。数值结果表明，电场可以作为开关来开启或关闭拓扑绝缘体相，温度对不同栅压和组分的相图有显著影响。我们的理论结果为我们提供了一种有效的方法来操纵碲化汞量子阱的量子相位。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
High frequency impact ionization and nonlinearity of photocurrent induced by intense terahertz radiation in HgTe-based quantum well structures
报道了碲化汞量子阱在太赫兹辐射激发下的光电流和光电导的非线性行为。辐射强度的增加导致光电流的符号反转，并过渡到其对强度的超线性依赖性。光电导随光强的增加也呈现出超线性的增长。我们发现，所观察到的光响应的非线性所造成的带间\emph{light}碰撞电离的光子能量小于禁带的条件下。这种碰撞电离的特征是角辐射频率$ω=2πf$远高于倒数动量弛豫时间。因此，碰撞电离的发生仅仅是因为在高频电场存在下的碰撞。测量了宽度为5.7 nm的窄HgTe/CdTe量子阱的非线性效应，检测了不同频率（$f=0.6$ ~ 1.07 THz）和强度（高达数百kW/cm $^2$）的线偏振和圆偏振THz辐射的非线性效应.我们证明了碰撞电离的几率正比于辐射电场幅度$E$和特征场参数$E_0$的指数函数$\exp(-E_0^2/E^2)$。在4.2 ~ 90 K的较宽温度范围内都能观察到这种效应，其特征场随温度的升高而增大.
2018-12-04 cond-mat.mes-hall
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
Effects of Spin Polarization in the HgTe Quantum Well
磁阻特性与自旋水平的重合下倾斜的领域中的$Γ_8$导带的碲化汞量子阱被发现对齐沿直线轨迹在$(B_\bot,B_{||})$平面之间的场分量垂直和平行的层，这意味着线性自旋极化依赖于磁场。在这些轨迹中，有一组明显的线从$B_{||}$轴上的一个点下降，这表明产生了电子系统的全自旋极化场，与从沿$(B_\bot,B_{||})$平面中的圆形轨迹的振荡的傅立叶变换获得的自旋子带之间的电子再分布的数据一致，并且与纯$B_{||}$下的磁阻率上的点分离。复杂的弱场依赖关系。符合的整个图片是很好地描述了各向同性的$g$ -因子，虽然它的值是两倍小，从纯垂直场下的振荡。这种差异是由于自旋极化现象的不同表现形式的符合和交换增强的自旋间隙内。在$B_\bot$的量子霍尔范围内，自旋极化表现为磁能级的反交叉，这被发现显著地非单调地依赖于$B_\bot$。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport in disordered two-dimensional topological insulators: signatures of charge puddles
本文在相干弹性散射的框架下研究了无序、自旋轨道耦合和磁场对HgTe/CdTe量子阱中边缘输运的影响和相互作用。我们发现，边缘状态保持不受中度无序和弱磁场在现实的自旋轨道耦合强度的组合效应。与实验观察到的线性磁场依赖性的电导长样品的协议时，考虑到电荷池的存在。
2015-02-17 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
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
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
Magnetotransport in a 2D Hybrid Band System: Dirac and Heavy Hole Interplay
本文通过含谷间散射的经典双子带模型研究6.3 nm无带隙HgTe量子阱，发现Dirac空穴主导导致Hall电阻十倍增强，并提取两类载流子迁移率。
2025-09-26 cond-mat.mes-hall
Superexchange dominates in magnetic topological insulators
有人认为，在拓扑绝缘体中增大的自旋磁化率（由Van Vleck的形式主义描述）解释了掺杂过渡金属杂质的铋-锑拓扑硫属化物的铁磁性。相反，早期对碲化汞和相关拓扑系统的研究指出，Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用（布隆贝格根-罗兰机制）的带间模拟导致局域自旋对之间的反铁磁耦合。在这里，我们批判性地重新审视这两种方法，显示它们的缺点，并阐明为什么带间贡献的大小是小的，即使在拓扑系统。从所提出的理论方法和我们的计算研究Mn掺杂碲化汞和碲化镉的磁性，我们得出结论，在没有带载流子，超交换占主导地位，其符号取决于磁性杂质的协调和电荷状态，而不是在拓扑类的主机材料。
2022-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit splitting of the conduction band in HgTe quantum wells: role of different mechanisms
本文实验研究了HgTe量子阱中导带的自旋轨道分裂，通过Shubnikov-de Haas振荡测量和四带kP模型自洽计算对比，发现Bychkov-Rashba效应是主导机制，界面反演不对称性贡献较小。
2018-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Spin Hall Effect Induced by Quantum Phase Transition in HgCdTe Quantum Wells
自旋霍尔效应既可以由杂质散射引起，也可以由电子结构中的自旋轨道耦合引起。HgTe/CdTe量子阱具有量子相变，其中电子结构从正常变为反转。结果表明，导带的本征自旋霍尔效应在正常侧为零，而在反向侧为有限。这种差异给出了实验上区分内禀自旋霍尔效应和非本征自旋霍尔效应的直接机制。
2007-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Quantum Spin Hall Effect in Inverted Type II Semiconductors
量子自旋霍尔（QSH）态是量子物质的一种拓扑非平凡态，它保持了时间反演对称性;它在本体中具有能隙，但在边缘处具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，这一新的效应已被预测和观察到的碲化汞量子阱。在这项工作中，我们预测在由InAs/GaSb/AlSb制成的II型半导体量子阱中产生类似的效应。量子阱能带结构具有与CdTe/HgTe量子阱类似的“反转”相，当费米能级位于带隙内时，其为QSH态。由于该量子阱的非对称结构，反转对称性破缺和层间电荷转移效应是必不可少的。通过标准的自洽计算，我们表明，QSH状态持续存在时，包括这些修正，和正常的绝缘体和QSH相位之间的量子相变可以通过栅极电压电调谐。
2008-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane magnetic field induced density wave states near quantum spin Hall phase transitions
我们研究了面内磁场和库仑相互作用对量子自旋霍尔绝缘体物理性质的影响，如InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子阱中的量子自旋霍尔绝缘体。使用Hartree-Fock平均场论近似，我们计算了相图作为带隙，能带杂化和磁场强度的函数。当能带杂化较弱时，系统对密度波态的形成是不稳定的。随着面内磁场强度的增加，相图中的密度波区域扩大，出现明显的密度波态。我们讨论了我们的结果可能的实验影响。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
