尽管存在时间反演对称性但拓扑边缘态中的背散射
介观与纳米尺度物理
2025-04-16 v2 材料科学
摘要
量子自旋霍尔绝缘体 (QSHI) 的自旋动量锁定边缘态由于对非磁性无序引起的背散射具有内在保护，为自旋电子学应用提供了一个极具吸引力的平台。这种保护源于时间反演对称性，它将具有相反自旋和动量的螺旋边缘模式的 Kramers 伙伴配对，从而严格禁止该对内的弹性单粒子背散射。然而，与线性边缘能带的理想化概念相反，实际材料的非单调色散可以容纳多个 Kramers 对，在不违反时间反演对称性的情况下重新引入它们之间的背散射通道。在此，我们研究了 QSHI indenene 非线性边缘能带中的 Kramers 对间背散射，突出了边缘态稳定性的一个关键方面。利用扫描隧道能谱中的准粒子干涉——一种背散射的直接探针——我们观察到能量简并 Kramers 对之间的成对耦合，而仅有单个 Kramers 对的能量区域则保持严格保护。在理论分析的支持下，我们的发现提供了前所未有的实验论证，证明边缘态背散射与其底层拓扑保护完全一致。这一见解对众多 QSHI 候选材料具有深远意义，强调仅存在穿越能隙的边缘模式并不能本质上保证它们免受背散射。
引用
@article{arxiv.2503.11497,
title = {Backscattering in Topological Edge States Despite Time-Reversal Symmetry},
author = {Jonas Erhardt and Mattia Iannetti and Fernando Dominguez and Ewelina M. Hankiewicz and Björn Trauzettel and Gianni Profeta and Domenico Di Sante and Giorgio Sangiovanni and Simon Moser and Ralph Claessen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.11497},
year = {2025}
}