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
CdTe and HgTe doped with V, Cr, and Mn -- prospects for the quantum anomalous Hall effect
本文通过第一性原理计算研究V、Cr掺杂的CdTe和HgTe的能级位置与磁交换相互作用，评估其用于量子反常霍尔效应的可行性，发现含V或Cr的HgTe量子阱和(Cd,Hg)Te势垒相比(Bi,Sb,Cr,V)3Te2体系更具优势。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
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
Pressure and temperature driven phase transitions in HgTe quantum wells
本文对生长在CdTe缓冲层上的HgTe量子阱中的压力和温度驱动的相变进行了理论研究。利用八带\textbf{k$\cdot$p}哈密顿量，计算了不同量子阱宽度下，流体静压至20 kBar，温度至300 K时的能带结构演化。特别是，我们表明，除了温度，流体静压的调谐允许驱动半金属，带绝缘体和拓扑绝缘体相之间的转变。我们的实际能带结构计算表明，流体静压和温度下的带反转可能伴随着导带和价带之间的非局域重叠。给出了压力和温度相图。
2016-10-17 cond-mat.mtrl-sci
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
Self-compensation in phosphorus-doped CdTe
我们研究了磷掺杂碲化镉的自补偿机制。通过第一性原理计算，对容易引起自补偿的几种P相关点缺陷的形成能、电荷跃迁能级和缺陷态进行了计算.此外，我们评估了自旋-轨道耦合和超晶胞尺寸效应对AX中心供体稳定性的影响，这些供体被认为是大部分自补偿的原因。我们报告了一个改进的结果为最低能量配置的P间隙（P $_\text{i}$），并发现自补偿机制是由于AX中心的形成。在富Te生长条件下，当费米能级接近价带时，（P $_\text{i}$）表现出低于替代受主（P $_\text{Te}$）的形成能，充当补偿施主。然而，对于富Cd的生长条件，我们的研究结果表明，p型掺杂是有限的（P $_\text{Te}$ -V $_\text{Te}$）配合物的形成。
2017-10-05 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
Strain Engineering of the Band Gap of HgTe Quantum Wells using Superlattice Virtual Substrates
碲化汞量子阱是一种二维拓扑绝缘体。它的带隙相对较小（通常在10 meV的量级），这限制了对低温下纯拓扑电导的观察。在这里，我们利用应变依赖性的能带结构的碲化汞量子阱来解决这个限制。我们使用GaAs上的$\text{CdTe}-\text{Cd}_{0.5}\text{Zn}_{0.5}\text{Te}$应变层超晶格作为虚拟衬底，通过可调的晶格常数来控制量子阱的应变。我们提出的磁输运测量，这表明从半金属过渡到二维TI制度在宽量子阱，当应变从拉伸到压缩。最值得注意的是，我们证明了一个大大增强的能隙的55毫电子伏在严重压缩应变量子阱。这个值超过了常见的II-VI衬底上的最高可能的间隙的2-3倍，并扩展了拓扑电导占主导地位的制度，以更高的温度。
2016-08-04 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
Telluride nanocrystals with adjustable amorphous shell thickness and core-shell structure modulation by aqueous cation-exchange
核-壳胶体半导体纳米颗粒（CSNPs）的结构设计具有很大的吸引力，因为它具有增强光诱导电荷转移（PICT）和诱导有利的光学和电子性质的潜力。尽管如此，碲化物CSNP对高温的敏感性使得精确调节其表面结晶度具有挑战性。在此，我们已经开发了一种有效的策略，用于合成碲化物CSNPs与薄的无定形壳使用水溶液阳离子交换（ACE）。通过在40至110 ℃范围内改变合成温度，CdTe纳米颗粒的结晶度可以从没有可检测的无定形壳的完美晶体（c-CdTe）控制到具有结晶CdTe NP核被厚度高达7- 8 nm的可调无定形壳覆盖的核-壳结构（c@a-CdTe）。第二ACE步骤将c@a-CdTe转化为结晶CdTe@HgTe核-壳NP。在60 ℃下合成的c@a-CdTe纳米粒子具有4-5 nm厚的非晶壳层，表现出最高的表面增强拉曼散射活性，其增强因子约为8.82 × 10^5，这归因于非晶壳层和结晶核之间的耦合。
2022-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric PbTe-CdTe bulk nanocomposite
本研究提出一种基于Bridgman工艺的热电PbTe-CdTe块体纳米复合材料制备方法，可制备不同掺杂类型、载流子浓度可控且CdTe晶粒均匀分布的中温热电材料。
2023-06-15 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Hole concentrations in doped gray α-Sn on InSb and CdTe measured with infrared ellipsometry
New Mexico State University（新墨西哥州立大学）；Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学物理学院）；University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
通过红外椭偏仪测量InSb和CdTe上掺杂灰α-Sn层的空穴浓度，利用温度依赖的介电函数分析，并结合Thomas-Reiche-Kuhn规则计算载流子浓度。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Experiment and k$\cdot$p analysis of the luminescence from modulation-doped CdTe/(Cd,Mg)Te quantum wells at magnetic field
本文结合磁场至9 T的偏振分辨光致发光实验与适配二维结构的 k·p/Luttinger 能带计算，分析调制掺杂 CdTe/(Cd,Mg)Te 量子阱，解释多数跃迁并提出带间混合导致的扩展选择定则。
2025-06-09 cond-mat.mtrl-sci
First principles feasibility assessment of a topological insulator at the InAs/GaSb interface
第一性原理模拟揭示的问题是否二维拓扑绝缘体（2DTI）相可以在InAs和GaSb之间的界面处获得。为此，InAs/GaSb界面与HgTe/CdTe界面进行了比较和对比。这些界面的密度泛函理论（DFT）模拟使用机器学习的Hubbard U校正来执行[npj Comput. Mater. 6，180（2020）]。对于碲化汞/碲化镉界面，我们的模拟表明，实现了带交叉，并在碲化汞的临界厚度为5.1 nm，在协议与实验和以前的DFT计算得到一个倒置的间隙。相反，对于InAs/GaSb，间隙随着InAs厚度的增加而变窄;然而，对于具有高达50层（约15 nm）的每种材料的界面，间隙不闭合。当外部电场施加在InAs/GaSb界面上时，GaSb衍生的价带最大值相对于InAs衍生的导带最小值在能量上向上移动，直到最终带交叉并且反转的带隙打开。我们的研究结果表明，它可能会达到拓扑制度在InAs/GaSb界面在适当的条件下。然而，它可能是具有挑战性的，以实现这些条件的实验，这解释了实验证明在InAs/GaSb的反转间隙的困难。
2021-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Systematic investigation of influence of n-type doping on electron spin dephasing in CdTe
我们使用时间分辨克尔旋转技术研究电子自旋相干在一个全面的一套体CdTe样品与不同浓度的电子，由n型掺杂。电子自旋相干时间为40 ps的温度为7 K的p型CdTe和n型CdTe与低浓度的电子。电子浓度的增加导致自旋相干时间的大幅延长，在最佳掺杂的样品中，自旋相干时间在7 K下可以长达2.5 ns，并且导致电子的g因子的修改。电子浓度的影响在低温下最明显，但在室温下也有相当大的影响。实现最长自旋相干时间的最佳电子浓度在CdTe中比在GaAs中高17倍，并且在CdTe中的自旋相干时间的最大低温值比在GaAs中的相应值短70倍。我们的数据可以帮助交叉检查的各种理论模型，在文献中提出的解释所观察到的非单调掺杂依赖的GaAs中的电子自旋相干时间的预测。
2010-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Low-energy excitations in multiple modulation-doped CdTe/(CdMg)Te quantum wells
本研究通过远红外磁透射实验，在调制掺杂多量子阱中观测到二维电子气的回旋共振、二次谐波及磁等离子体模式，并揭示了极化子效应和伯恩斯坦模式。该方法为理解低维电子系统激发提供了实验依据。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Classical spins in topological insulators
根据最近关于HgTe/CdTe量子阱中量子自旋霍尔效应的理论和实验结果，我们考虑了一个局域在系统体中的磁性杂质，并将其视为经典自旋。结果表明，对于任意强的反型区杂质，体能隙中总是存在定域激发态，而对于很强的正型区杂质，体能隙中的定域激发态消失.类似的结论也适用于三维拓扑绝缘体。这种明显的差异作为另一种新的标准的常规和拓扑绝缘相时，时间反演对称性被打破，可以很容易地通过STM和/或ARPES实验观察到。
2010-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Impacts of Fermi Level Pinning at Hole-Selective Contacts in CdSeTe/CdTe Solar Cells
University of Utah（犹他大学）；First Solar, Inc.（第一太阳能公司）
研究CdSeTe/CdTe太阳能电池中空穴选择接触处费米能级钉扎对填充因子的影响，并探讨钝化层对效率提升的潜在作用。
2026-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Design of Sn-doped cadmium chalcogenide based monolayers for valleytronics properties
本文设计了Sn掺杂的CdX（X=S、Se、Te）六方平面单层，发现Sn掺杂显著增强谷处自旋劈裂并提高Berry曲率，且材料稳定、合成可行，适合谷电子学应用。
2023-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Optical spin pumping of modulation doped electrons probed by a two-color Kerr rotation technique
我们报道了在低本征电子密度（10^10 cm^{-2}）的CdTe基量子阱中调制电子的光自旋泵浦。在连续波激发下，我们达到了约10^8 cm^{-2}的稳态累积自旋密度。使用双色Hanle-MOKE技术，我们发现一个自旋弛豫时间为34纳秒的本地化电子在几乎未受扰动的电子气。泵浦和探测能量的独立变化表明量子阱中存在额外的非定域电子，其自旋弛豫时间大大缩短。
2006-06-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Band structure model of magnetic coupling in semiconductors
提出了一个统一的能带结构模型来解释Mn-杂质半导体中的磁有序现象。该模型基于Mn离子和主体元素之间的$p$ - $d$和$d$ - $d$能级排斥，并且可以成功地解释在所有Mn掺杂的II-VI族和III-V族半导体如CdTe、GaAs、ZnO和GAN中观察到的磁有序。该模型为今后磁性半导体的能带结构工程提供了一个简单的指导。
2005-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Sequential Quenching to Predict Semiconductor Defect Concentrations from Formation & Migration Energies: The Case of CdTe:As Doping
University of Utah（犹他大学）；University of Delaware（特拉华大学）
本文提出顺序淬火方法，通过缺陷形成与迁移能量建模缺陷浓度，揭示冷却速率对CdTe:As掺杂中缺陷行为的影响，展示该方法在预测掺杂激活中的有效性。
2026-03-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Prediction of Nontrivial Band Topology and Superconductivity in Mg$_2$Pb
BCS超导性和非平凡能带拓扑的相互作用预计将产生创造拓扑超导体的机会，通过超导邻近效应配对自旋过滤边界模式来实现。例如，这样设计的拓扑超导性可以促进在凝聚态系统中寻找马约拉纳费米子准粒子。本文报道了Mg $_2$ Pb的第一性原理研究，并预测它应该是一种超导拓扑材料。Mg $_2$ Pb的能带拓扑结构与典型的量子自旋霍尔绝缘体碲化汞的能带拓扑结构相同，而同构和等电子的Mg $_2$ Sn的能带拓扑结构是平凡的;预测Mg $_2$ Sn $_{1-x}$ Pb $_x$的能带拓扑结构在x~0.77时会发生平凡到拓扑结构的转变。我们提出Mg $_2$ Pb-Mg $_2$ Sn量子阱应该产生类似于HgTe/CdTe量子阱的稳健的自旋过滤边缘电流。此外，我们的计算预测，Mg $_2$ Pb应该成为超导电子掺杂。因此，Mg $_2$ Pb有望为研究超导电性和能带拓扑相互作用所产生的涌现现象提供一个实用的材料平台。
2017-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Optical control of electron spin coherence in CdTe/(Cd,Mg)Te quantum wells
从理论和实验上研究了圆偏振和线偏振短脉冲激光对量子阱电子自旋相干性的光学控制。为此，在n掺杂CdTe/（Cd，Mg）Te量子阱结构的相干电子自旋动力学测量的时间分辨泵浦-探测克尔旋转，使用带负电荷的激子（trion）状态的共振激发。在外加磁场中，由激光控制脉冲引起的电子自旋拍频信号的幅度和相移取决于泵浦控制延迟和控制相对于泵浦脉冲的偏振。实验上隔离了由于控制而对泵浦诱导信号的加性和非加性贡献。这些贡献可以很好地描述在一个两能级模型的框架内的光激发的驻留电子的trion。
2009-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Phonon-induced topological insulation
我们发展了狄拉克材料中声子诱导拓扑绝缘的近似理论。在弱耦合区，长波长声子可能有利于直接带隙和窄带隙的狄拉克绝缘体中的拓扑相。这种现象源于电子-声子矩阵元，其在带反转下定性地改变。类似的机制适用于弱库仑相互作用和自旋无关的无序;然而，这些对能带拓扑结构的影响在很大程度上与温度无关。作为理论的应用，我们分别计算了CdTe/HgTe量子阱和BiTl（S $_{1-δ}$ Se $_δ)_2$）中拓扑转变的临界厚度和临界化学计量比随温度的变化关系.
2014-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rectangular Tantalum Carbide Halides TaCX (X = Cl, Br, I) monolayer: Novel Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有边缘状态，其在拓扑上被保护免受背散射。然而，已知的QSH材料（例如HgTe/CdTe和InAs/GaSb量子阱）表现出非常小的能隙并且仅在低温下工作，这阻碍了它们在室温器件中的应用。基于第一性原理计算，我们预测了一个新的QSH绝缘体的单层碳化钽卤化物TaCX（X = Cl，Br，和I）具有独特的矩形晶格和大的直接能隙大于0.2 eV，准确地说，0.23 $-$ 0.36 eV。该系统中的二维QSH效应机制源于固有的d $-$ d带反转，不同于传统的s $-$ p或p $-$ p轨道之间的带反转.此外，应变和本征电场可用于调节电子结构并增强能隙。TaCX纳米粒子具有跨越体带隙的单狄拉克锥边缘态，表现出与石墨烯相当的高费米速度的线性色散。这些具有相当大的非平凡的间隙的二维材料在新一代无耗散电子学和自旋电子学中具有巨大的应用潜力。
2016-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding theory of spin-spin interactions, Curie temperatures, and quantum Hall effects in topological (Hg,Cr)Te in comparison to non-topological (Zn,Cr)Te, and (Ga,Mn)N
本文扩展了含Cr²⁺和Mn³⁺离子半导体的p-d与d-d交换相互作用理论，纳入额外贡献并应用于拓扑与非拓扑材料，确定了居里温度、揭示自旋玻璃相成因，还证实倾斜磁场对观测Cr掺杂HgTe量子反常霍尔效应的必要性。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity and Topological Quantum Phase Transitions in Two-Dimensional Spin-Orbit Coupled Crystals with Time-Reversal Symmetry
发现拓扑量子相变信号的新物理响应具有理论和实验上的重要性。在这里，我们证明了压电响应可以不连续地改变整个拓扑量子相变在二维时间反演不变系统的自旋轨道耦合，从而作为一个直接的探针的过渡。我们研究了所有7个允许非零压电性的平面组的所有间隙闭合情况，并发现两个带隙状态之间的任何间隙闭合与1个微调参数改变了$Z_2$不变量或局部稳定的谷陈数。发现所有这些跃迁都存在压电响应的跳跃，我们提出HgTe/CdTe量子阱和BaMnSb $_2$作为两个潜在的实验平台。我们的工作提供了一个对拓扑量子相变进行分类的一般理论框架，并揭示了它们与压电响应的普遍关系。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Faraday rotation and transmittance as markers of topological phase transitions in 2D materials
本研究通过分析二维材料在磁场和电场下的磁光导率、透射率及法拉第旋转，发现临界点处吸收率/透射率极值和法拉第角变号可作为拓扑相变的精细标记。
2024-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-Reversal Symmetry-Breaking Nematic Insulators near Quantum Spin Hall Phase Transitions
我们研究了一个模型量子自旋霍尔系统的相图作为能带反转和能带耦合强度的函数，表明当能带杂化较弱时，在很宽的能带反转范围内出现相互作用诱导的非线性绝缘体态。这种性质是长程库仑相互作用的结果，它有利于带间相位相干性，这种相干性弱依赖于动量，因此在带反转点处受到单粒子哈密顿量的阻碍。对于弱带杂化，相互作用将反转时的连续能隙闭合拓扑相变转换为一对连续相变，从而将具有破坏的时间反转和旋转对称性的状态绑定在一起。在中间带杂化，拓扑相变的收益，而不是通过量子反常霍尔绝缘体状态，而在强杂化相互作用不起作用。我们评论的影响，我们的研究结果为InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子自旋霍尔系统。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin Hall Insulator
最近的理论预言了在杂质半导体中由电场诱导的无耗散自旋电流。然而，在这些系统中，充电电流仍然是耗散的。在这项工作中，我们理论上预测的无耗散自旋霍尔效应，没有任何伴随的电荷电流，在某些类别的带绝缘体，包括零间隙半导体，如碲化汞和窄间隙半导体，如碲化铅。这种效应类似于量子霍尔效应，因为在带隙之下的所有状态都有贡献，并且不发生耗散。然而，自旋霍尔电导没有量子化，即使在二维。这是在没有任何磁场的带状绝缘体中的非平凡拓扑结构的第一个例子。
2004-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering quantum spin Hall insulators by strained-layer heterostructures
量子自旋霍尔绝缘体（quantum spin Hall insulators，QSHIs），又称二维拓扑绝缘体，是一种非传统的量子态，具有绝缘体和导电边缘，起源于非平凡的反向能带结构，并被提议作为探索自旋电子学应用和与自旋螺旋边缘模式相关的奇异准粒子的平台。尽管有各种材料的理论建议，但是，到目前为止，QSHIs的实验演示仅限于两个系统-HgTe/CdTe和InAs/GaSb-这两个系统都是晶格匹配的半导体异质结构。在这里，我们报告的传输测量在另一个实现的带反转异质结构作为QSHI候选-InAs/In $_{x}$ Ga $_{1-x}$ Sb与晶格失配。研究表明，In $_{x}$ Ga $_{1-x}$ Sb层中的压应变增强了能带重叠和能隙。因此，高体电阻率，两个数量级高于InAs/GaSb，得到深的带反转制度。应变还增强了体Rashba自旋轨道分裂，导致一种不寻常的情况下，费米能级只穿过一个自旋分支的电子和类孔带在一个很宽的密度范围。这些特性使该系统成为一个有前途的平台，强大的QSHIs具有独特的自旋特性，并证明应变是一个重要的成分，调整自旋-轨道相互作用。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Alloy theory with atomic resolution for Rashba or topological systems
替代无序合金的兴趣最近重新出现，重点是在合金中的拓扑绝缘和Rashba效应的灵敏性能。替代随机合金体现了局部环境的分布，创造了多形态网络。虽然宏观平均（单晶）结构可能具有组成化合物的原始高对称性，但许多可观察到的物理性质对局部对称性敏感，因此是$<P(S_i)>$而不是$P(S_0)$ = $P(<S_i>)$。多形$<P(S_i)>$和单形$P(S_0)$之间的根本差异导致了经常出现分歧的结果，并失去了识别与原子相关的物理所需的原子尺度分辨率。捕捉多态性方面的一种自然方法是超胞模型，然而，它遭受带折叠的困难（“意大利面条带”），使得拓扑和Rashba物理学中所需的E与k色散，以及实验中所见的，实际上无法实现。一个保留多态性质但恢复E与k关系的解决方案是展开超原胞带。这产生合金有效能带结构（EBS），提供由具有相干和非相干特征的E-和k-依赖的光谱权重组成的光谱密度的3D图片，所有这些都是由许多局部环境的多形态分布自然产生的。我们说明了这种EBS方法的碲化镉，碲化铅，硒化铅和PbS-PbTe合金。我们发现了对于例如拓扑相变和Rashba分裂至关重要但在常规单态方法中完全不存在的性质，包括（1）共存的、依赖于波矢和能量的相干带分裂和非相干带展宽，（2）沿不同k空间方向的相干-非相干跃迁，以及（3）具有相干和非相干特征的Rashba样带分裂。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anomalous Spin Response and Virtual-Carrier-Mediated Magnetism in a Topological Insulator
我们提出了一个全面的理论研究碲化汞量子阱中的静态自旋响应，揭示了独特的行为的拓扑非平凡的倒置结构。最引人注目的是，未掺杂的拓扑绝缘体系统的q=0（长波长）的自旋磁化率是恒定的，等于发现的值为无间隙的狄拉克样结构，而相同的数量显示了典型的减少，在正常绝缘体制度的带隙增加。我们讨论的局部磁矩存在于量子阱中，无论是在绝缘和电子掺杂的情况下的顺序的分歧。边缘状态的自旋响应也被认为是，我们提取有效的朗德g因子的体和边缘电子。在我们的研究中揭示的各种反直觉的自旋响应特性源于系统在访问电荷载流子动力学可以由普通薛定谔型物理学控制的情况下的多功能性，模仿手性狄拉克费米子的行为，或反映材料的受保护的拓扑顺序。
2016-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
