InAs 双阱中的全电子拓扑绝缘体

我们表明，具有面内调制周期势和阱间自旋 - 轨道相互作用的普通 III-V 族半导体双阱中的电子是可调控的拓扑绝缘体 (TIs)。此处，拓扑绝缘体的基本要素，即能带反转和谱中整体体隙的打开，分别源于：(i) 双阱偶 - 奇态分裂 $\Delta_{SAS}$ 与超晶格势的共同效应，以及 (ii) 带间 Rashba 自旋 - 轨道耦合 $\eta$。我们通过解析的近自由电子描述证实了我们的精确对角化结果，该描述使我们能够推导出有效的 Bernevig-Hughes-Zhang (BHZ) 模型。有趣的是，门电压可调的 $\Delta_{SAS}$ 驱动了拓扑相变，其特征是在 $\Delta_{SAS}\sim 5.4$ meV 处出现不连续的 Chern 数。最后，通过考虑条带构型，我们明确验证了体 - 边对应关系，不仅确定了非拓扑相和拓扑相中的体能带，还确定了拓扑相中的边缘态及其类 Dirac 谱。边缘电子密度在衰减进入体区时表现出奇特的空间振荡。为具体起见，我们使用真实参数展示了基于 InAs 的阱的结果。