静电控制实现III-V族量子自旋霍尔绝缘体中稳健的螺旋边缘通道输运

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基于InAs/GaInSb的二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔输运可能受到寄生体和边缘贡献的限制。我们证明，通过在生长于AlSb准衬底上的双栅InAs/GaInSb/InAs三层量子阱中进行静电控制，这些限制可有效减轻。在超过相位相干长度的宏观霍尔条中，多探针分析揭示了绝缘的体和在宽电场范围内恒定的边缘电阻。在边缘长度低于相位相干长度的微观器件中，边缘电阻在宽场范围内保持稳健且量子化，揭示了螺旋边缘通道对电场扰动的固有弹性。仅在超过阈值时，寄生边缘贡献才会出现。这些结果确立了双栅控作为抑制寄生传导同时稳定螺旋边缘输运的可靠策略，为III-V族量子自旋霍尔系统中可调拓扑输运提供了通用且可重现的平台。

英文摘要

Quantum spin Hall transport in InAs/GaInSb-based two-dimensional topological insulators can be limited by parasitic bulk and edge contributions. We demonstrate that these limitations are effectively mitigated through electrostatic control in dual-gated InAs/GaInSb/InAs trilayer quantum wells grown on AlSb quasi-substrates. In macroscopic Hall bars exceeding the phase coherence length, a multi-probe analysis reveals an insulating bulk and a constant edge resistance over a wide electric-field range. In microscopic devices with edge lengths below the phase coherence lengths, the edge resistance remains robust and quantized across a broad field range, revealing the intrinsic resilience of helical edge channels to electric-field perturbations. Only beyond a threshold value, parasitic edge contributions emerge. These results establish dual gating as a reliable strategy to suppress parasitic conduction while stabilizing helical edge transport, providing a versatile and reproducible platform for tunable topological transport in III-V quantum spin Hall systems.

发表机构

• Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）
• University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
• Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat（维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ctd.qmat）
• Laboratoire Charles Coulomb (L2C)（夏尔·库仑实验室 (L2C)）
• Université de Montpellier（蒙彼利埃大学）
• CNRS（法国国家科学研究中心）
• IES（电子与系统研究所）
• Institut Universitaire de France（法兰西学院）
• École Normale Supérieure, PSL（巴黎高等师范学院，PSL）

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