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
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
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
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
Magnetoresistance in the in-plane magnetic field induced semi-metallic phase of inverted HgTe quantum wells
在这项研究中，我们已经测量了反碲化汞量子阱的磁阻响应中存在的一个大的平行磁场高达33 T的应用。我们发现，在量子阱的反转能带结构的一个单调递减的磁阻时，观察到的磁场是为了10 T平行于量子阱平面。这一特点是伴随着消失的非局部性，并与预测的修改的能谱，成为在一个关键的面内场$B_{c}$无间隙的一致。超过$B_c$的磁场使我们能够研究超出已知制度的场致半金属区域中的磁阻的演变。在假定的无间隙阶段中的初始饱和阶段之后，我们观察到纵向电阻的强烈上升。在非局部测量中拾取的小的残留霍尔信号表明，该特征可能是由样品的半金属性引起的体现象。理论计算确实支持，这些功能的起源是经典的，可以预期的电阻的幂律上升，由于薄（半）金属样品进行大磁场的双载流子传输的具体情况。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall
Zeeman splitting of conduction band in HgTe quantum wells near the Dirac point
在宽的电子密度范围内，对碲化汞量子阱导带的塞曼分裂进行了实验研究。同时分析了低磁场中不同倾角下的SdH振荡和中等磁场中的振荡形状，给出了找到塞曼分裂与轨道分裂之比和g因子各向异性的可能性。结果表明，在正态和反转谱下，两种结构的塞曼分裂与轨道分裂的比值都很接近，与kP方法的计算值也很接近。与此相反，正常和倒置光谱的结构中的g-因子各向异性的值是强烈不同的，并且对于这两种情况下，显着不同于计算的。我们认为，这种不一致的计算是一个结果的界面反转不对称的碲化汞量子阱，这是不考虑在kP计算。
2016-06-30 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
One-dimensional weak antilocalization and band Berry phases in HgTe wires
研究了在正常和反转带序量子阱中制备的碲化汞窄线的磁电阻效应中的弱反定域效应。在不同的栅极电压下的测量结果表明，WAL仅受Rashba自旋轨道分裂的微弱影响，并在Rashba分裂约为零时持续存在。具有正常频带排序的导线中的WAL信号比反转的导线小一个数量级。这些观测结果归因于碲化汞量子阱中的能带的Dirac拓扑结构。从磁场和温度的依赖关系，我们提取的退相长度和带贝里相位。对于具有正常能带结构的样品，较弱的WAL可以用总是超过π的非普适Berry相位来解释，π是无带隙狄拉克费米子的特征值。
2013-06-12 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
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
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
Two-dimensional topological insulator state in double HgTe quantum well
二维拓扑绝缘体相已被观察到在单一的碲化汞基量子阱与反转的子带顺序。在双量子阱（DQW）中，层间的耦合引入了额外的自由度，从而产生丰富的相位图。通过研究碲化汞双量子阱的局域电阻和非局域电阻，我们观察到了无带隙半金属相和拓扑绝缘体相，这取决于样品的参数，并根据理论预测。我们的工作为实现多层拓扑绝缘体奠定了基础。
2020-04-08 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
Backscattering of Dirac fermions in HgTe quantum wells with a finite gap
从理论和实验上研究了具有反转能带序的n型碲化汞量子阱的迁移率随密度的变化。虽然半导体异质结与抛物线色散表现出增加的载流子密度的迁移率，高品质的碲化汞量子阱表现出明显的迁移率最大值。我们表明，这种流动性异常是由于背散射狄拉克费米子从随机波动的带隙（狄拉克质量）。我们的发现为研究有限质量和随机质量的狄拉克费米子输运开辟了新的途径，这是迄今为止很难获得的。
2011-04-21 cond-mat.mes-hall
Fine structure of "zero-mode" Landau levels in HgTe/HgCdTe quantum wells
用远红外磁谱技术研究了具有反转能带结构的HgTe/HgCdTe量子阱。现实的计算朗道能级图已被执行，以确定所观察到的过渡。研究主要集中在一对特殊的“零模”朗道能级的磁场依赖性上，朗道能级的特征是从上导带和下价带分裂，并在外加磁场下合并。所观察到的避免这些水平的交叉暂时归因于锌共混物化合物的本体反转不对称性。
2010-11-23 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
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
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
Quantum tunneling through planar p-n junctions in HgTe quantum wells
我们证明了在具有反转能带结构的碲化汞量子阱中产生的pn结具有有趣的带内和带间隧穿过程。我们发现电子垂直注入到pn结的界面上时，有一个理想的带内传输。通过改变入射角、费米能级和Rashba自旋轨道相互作用的强度，可以调节穿过pn结的电子的不透明度和透明度。由于准一维pn结中拓扑边缘态的形成而出现的电导平台可以通过调节栅电压来接通和关断。当样品表现出中等强度的Rashba自旋轨道相互作用时，自旋取向可以基本上旋转。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall
Aniotropy of in-plane g-factor of electrons in HgTe quantum wells
本文报道了电子型（013）-HgTe/Hg $_{1-x}$ Cd $_x$ Te量子阱中Shubnikov-de Haas（SdH）效应的实验研究结果。通过对不同取向的磁场相对于量子阱平面和晶体学电子轴的SdH振荡的综合分析，我们可以研究塞曼效应的各向异性。对于具有反转谱的量子阱，自旋分裂与轨道分裂的比值不仅强烈依赖于磁场相对于量子阱平面的取向，而且还依赖于面内磁场分量相对于位于量子阱平面内的晶轴的取向，这意味着面内g因子具有很强的各向异性。在具有正常光谱的量子阱中，该比值强烈地依赖于磁场与量子阱平面法线之间的角度，并且在量子阱平面中显示出非常轻微的各向异性。为了解释这些数据，在四带\emph{kP}模型的框架下计算了倾斜磁场中的朗道能级。结果表明，只有考虑界面反转的不对称性，才能定量描述实验结果。
2019-09-17 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
Landau level spectroscopy of valence bands in HgTe quantum wells: Effects of symmetry lowering
用朗道能级谱研究了一系列p型HgTe/HgCdTe量子阱的价带的电子结构。我们发现，标准的轴对称4带凯恩模型，这是目前广泛应用于物理学的碲化汞拓扑材料，不完全占我们的实验中观察到的复杂的磁光响应-值得注意的是，意外避免交叉的激发和出现的过渡，是电偶极禁止在这个模型。然而，当标准模型扩展到包括体和界面反转不对称性的影响时，实现了与实验的合理一致。这些消除了轴对称性，并且其中，深刻地修改了价带的形状。
2018-04-20 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
Anisotropic conductivity and weak localization in HgTe quantum well with normal energy spectrum
本文报道了窄量子阱碲化汞在正常能谱下干涉感生磁导的实验研究结果。考虑到电导率各向异性进行分析。结果表明，对应于相弛豫时间的拟合参数τ_r随电导率（σ）的增大和温度的降低而增大，并遵循1/T定律。这种行为类似于在具有简单能谱的通常二维系统中观察到的行为，并且对应于作为相位弛豫的主要机制的电子-电子相互作用的非弹性。然而，它与在宽HgTe量子阱中用倒谱法所得到的τ_r实际上与σ无关的结果有很大的不同。据推测，一个不同的结构的电子多分量波函数的倒量子阱和正常的量子阱可能是这种差异的原因。
2013-04-08 cond-mat.dis-nn 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
Terahertz detection of magnetic field-driven topological phase transition in HgTe-based transistors
本文报道了室温下反能带结构碲汞基场效应晶体管的太赫兹探测。在低温下，我们表明，晶体管沟道的非线性允许观察的量子相变由于避免交叉零模式朗道能级在碲化汞二维拓扑绝缘体。这些结果为太赫兹拓扑场效应晶体管铺平了道路。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
Dynamical screening function and plasmons in the wide HgTe quantum wells at high temperatures
本文对宽碲化汞量子阱中二维电子气的动力学屏蔽函数进行了数值模拟。在随机相位近似（RPA）框架中提供计算，并基于Lindhard方程。我们的模拟直接纳入非抛物性的体二维载流子光谱，这是由全8带k.p方法获得的。在文献中存在的数据，碲化汞量子阱的输运性质的解释石墨烯类屏蔽。我们提供的屏蔽功能的薛定谔费米子的反带碲汞量子阱与适当的屏蔽功能的石墨烯单层狄拉克费米子的比较。此外，为了研究量子阱结构在高频辐射下的输运特性，还研究了碲汞屏蔽函数与温度、散射波矢和频率的关系。计算了碲化汞量子阱中2DEG的等离子体激元频率，在T=77K的长波范围内.
2018-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of electrical current by spin precession in the first Landau level of an inverted-gap semiconductor
我们展示了如何在一个倒带隙半导体（与电子和空穴的状态在导带和价带边缘互换）的量子霍尔效应可以用来注入，旋进，并沿一维路径检测电子自旋。将电子运动限制在一个空间维度上，确保了所有电子在平行磁场中经历相同量的进动，从而可以打开和关闭全部电流。作为一个例子，我们计算了碲化汞量子阱中的p-n界面的磁导，并展示了它如何可以用来测量由于体反转不对称性的自旋进动。
2009-10-27 cond-mat.mes-hall
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
Many-particle effects in optical transitions from zero-mode Landau levels in HgTe quantum wells
本文报道了碲化汞量子阱在不同电子浓度下的远红外磁谱。我们特别关注从零模朗道能级的光学跃迁，它从类电子和类空穴带的边缘分裂。我们观察到一个显着的依赖性的跃迁能量的电子浓度变化的持续光电导效应。这是一个惊人的证据，除了已经被充分证明的晶体和界面的不对称性，电子-电子相互作用也有一个显着的影响，从零模式朗道能级的光学跃迁的通常行为。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Large inverted band-gap in strained three-layer InAs/GaInSb quantum wells
基于HgTe和三层InAs/GaSb量子阱的量子自旋霍尔绝缘体（QSHIs）具有相当的体带隙，约为10- 18 meV。然而，前者的特点是带隙随温度的消失，而在InAs/GaSb QSHIs的间隙是相当的温度无关。在这里，我们报告的应变三层InAs/GaInSb QWs的大反转带隙的实现。通过对门控霍尔条器件的温度依赖性磁输运测量，我们提取了高达45毫电子伏的间隙。结合本地和非本地的测量，我们属性的边缘电导率观察到的温度高达40 K的拓扑边缘通道的平衡长度为几微米。我们的研究结果铺平了道路，在高温下操纵边缘输运量子阱异质结构。
2022-03-11 cond-mat.mes-hall
Sign-alternating photoconductivity and magnetoresistance oscillations induced by terahertz radiation in HgTe quantum wells
报道了在不同宽度的碲化汞量子阱（QW）结构中观察到的太赫兹辐射诱导光电导和微波诱导电阻振荡（MIRO）的太赫兹模拟。在厚度为20 nm的量子阱中检测到了类MIRO效应，量子阱具有反转的能带结构和相当低的迁移率，约为3 $\times$ × 10 $^5$ cm $^2$ /V s.在一些其他结构的量子阱宽度范围从5到20纳米和较低的迁移率，我们观察到一个非常规的非振荡光电导信号，改变其符号后，磁场增加。这种效果被观察到的结构，其特征在于正常和倒置带顺序，以及在量子阱的临界厚度和线性色散。在具有霍尔棒和Corbino几何形状的样品中，磁场的增加分别导致光响应的符号的单次和双次变化。我们发现，在光响应的热机制，这些不寻常的功能意味着一个非单调的行为的运输散射率，这应该减少（增加）与温度的磁场低于（以上）的一定值。这种行为被发现是一致的，在不同的样品温度下的磁阻暗输运测量的结果。我们的实验表明，光电导是一个非常敏感的探针的温度变化的运输特性，即使是那些很难检测到使用标准的运输测量。
2018-07-27 cond-mat.dis-nn 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
Revisiting the physical origin and nature of surface states in inverted-band semiconductors
我们重新讨论了具有反转能带结构的半导体，如$α$ -Sn和HgTe的表面态问题。我们解开的混乱，在过去的十年中出现的关于起源的表面状态，它们的拓扑性质，和应变的作用。在一个简单的描述，我们调和不同的解决方案，发现在20世纪80年代与现代数值模拟得到的结果，使我们能够明确地确定周围的$Γ$点的布里渊区在不同的制度的表面状态的所有分支。我们还表明，应变是一个平滑的“变形”的表面状态，遵循通常的物理连续性原理，并没有导致任何剧烈的变化，在这些材料的物理性质，在最近已经在文献中提出的。我们考虑双轴面内应变，无论是拉伸或压缩，导致不同的分支的表面状态的拓扑绝缘体和狄拉克半金属，分别。我们的模型可以帮助解释许多实验的拓扑表面状态起源于倒带半导体。
2021-12-05 cond-mat.mes-hall
Probing the Band Topology of Mercury Telluride through Weak Localization and Antilocalization
分析了HgTe/CdTe量子阱中电子输运过程中的弱局域化（WL）和弱反局域化（WAL）效应。我们表明，为增加费米能量的磁导的扩散系统与反转带序功能的过渡从WL到WAL和背部，如果自旋轨道相互作用的体积和结构反转的不对称性可以忽略不计。这一点，以及额外的分裂的磁导分布，是一个签名的Berry相所产生的反转带排序，而不存在于异质结构与传统的顺序。在存在的自旋轨道相互作用的两个能带拓扑表现出WAL，这是明显的能量依赖的量子阱与反转带序。这可以通过将哈密顿量分解为两个块来解释。
2012-12-12 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
Tunable quantum spin Hall effect in double quantum wells
拓扑绝缘体（TI）领域正在迅速发展。关于可能的应用，寻找具有容易控制的TI相的材料是一个关键问题。在具有反转带隙的碲化汞基量子阱中，量子自旋霍尔效应的特征是由时间反转对称性保护的单对螺旋边模.我们分析了一般耦合的碲化汞双量子阱（DQW）的拓扑特性，并展示了如何在这样的系统中的TI相可以由层间偏置电压驱动，即使当各个层是非反转的。我们认为，该系统允许类似的（层）赝自旋为基础的物理在双层石墨烯，但与谷简并的关键情况下。
2012-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Many-particle hybridization of optical transitions from zero-mode Landau levels in HgTe quantum wells
Laboratoire Charles Coulomb (L2C), UMR 5221 CNRS-Université de Montpellier（勒内·孔洛实验室）；Physics Department, M.V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；CEA-LETI, MINATEC Campus, DOPT（CEA-LETI）
研究通过远红外磁光谱测量揭示了汞碲量子井中零模朗德能级的多粒子混合机制，表明电子相互作用驱动了光学跃迁的混合，而非体材料和界面不对称性。
2026-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy spectrum of semimetallic HgTe quantum wells
基于碲化汞（HgTe）薄膜的量子阱（QW）提供了从绝缘体到二维狄拉克半金属到三维拓扑绝缘体的大范围的不寻常的物理性质。这些性质是由于量子阱能带结构随HgTe薄膜厚度的显著变化而引起的。虽然是一个关键的属性，这些能量色散关系不能反映在实验中，由于缺乏适当的工具。在这里，我们报告的实验和理论研究的两个碲化汞量子阱与倒置的能谱，其中实现了二维半金属态。使用磁光光谱在亚太赫兹频率，我们能够获得有关电子和空穴回旋质量在所有相关的费米能级位置和不同的电荷密度的信息。结果也支持由Shubnikov-de Haas分析的电容测量，它允许获得有关的简并的主动模式的信息。从这些数据中，有可能重建电子和空穴的色散关系。与理论计算的能量色散关系的详细比较分析表明，一个很好的协议，甚至反映了几个微妙的功能，如带分裂，第二导带，和第一导带和第一价带之间的重叠。我们的研究表明，回旋共振实验可以有效地用于直接获得半金属二维材料的能带结构。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Disorder and magnetic-field induced breakdown of helical edge conduction in an inverted electron-hole bilayer
我们计算了具有反转电子-空穴带的二维双层膜的电导，研究了量子自旋霍尔绝缘体（具有螺旋边导电）对静电无序和垂直磁场组合的敏感性.螺旋边缘传导的特征击穿场分裂成两个场，随着无序度的增加，场$B_{c}$用于过渡到量子霍尔绝缘体（支持手征边缘传导）和较小的场$B'_{c}$用于过渡到准金属制度中的体传导。InAs/GaSb量子阱的反转带的空间分离对于磁场诱导的体导电是必不可少的-在碲化汞量子阱中没有这样的机制。
2014-04-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
The resistance of 2D Topological insulator in the absence of the quantized transport
我们报告了具有反转能带结构的碲化汞阱的非常规输运性质：电阻即使在$10^2\times h/2e^{2}$量级时也不显示绝缘行为。该系统是一个边缘态占主导地位的二维拓扑绝缘体。结果是不一致的螺旋Luttinger液体的框架内开发的理论模型。
2013-08-20 cond-mat.mes-hall
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
Finite Conductivity in Mesoscopic Hall Bars of Inverted InAs/GaSb Quantum Wells
我们在实验上研究了InAs/GaSb量子阱霍尔栅器件的低温电导率。使用一对静电门，我们能够将费米能级移动到电子-空穴杂化状态，并观察到一个微小的间隙。间隙中的电导率的温度依赖性示出了残余电导率，这可以一致地通过在杂质散射的存在下来自自由载流子以及杂化载流子的贡献来解释，如Naveh和Laikhtman [Euro.物理快报，55，545-551（2001）]。实验的稳定性建议的螺旋边缘状态的影响将被讨论。
2010-02-01 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
Nonlinear magneto-gyrotropic photogalvanic effect
报道了在HgTe/HgCdTe量子阱中观察到的非线性磁旋光电流效应。中红外辐射的带间吸收以及太赫兹辐射的子带内吸收的异质结中示出，导致在面内磁场的存在下的直流电流。在只具有反转能带结构的量子阱中，观察到光电流的磁场分量为立方。实验数据进行了讨论的唯象理论和微观模型。
2009-05-20 cond-mat.mes-hall
Self-Consistent Model for Gate Control of Narrow-, Broken-, and Inverted-Gap (Topological) Heterostructures
Physikalisches Institut, Universität Würzburg（维尔茨堡大学物理研究所）；Institute for Topological Insulators（拓扑绝缘体研究所）
研究通过自洽Hartree方法分析小电势对窄隙、断裂隙和倒置隙材料带结构的影响，提出全带包络函数方法在厚HgTe量子井中实现稳定且准确的子带密度演化模拟。
2025-10-21 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
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
