电场调控掺杂单一磁性离子的拓扑绝缘体量子点中的自旋分裂

我们从理论上研究了含有单一磁性 $Mn^{2+}$ 离子的盘状 HgTe 拓扑绝缘体量子点(TIQDs)中的电子自旋态。我们表明,HgTe TIQD 中拓扑边缘态的能谱与电子密度分布可受磁性 $Mn^{2+}$ 离子位置的显著调制。数值结果进一步证明,电场不仅通过电子(空穴)与磁性 $Mn^{2+}$ 离子之间的 $\emph{sp-d}$ 交换相互作用调控边缘态的自旋分裂,而且还在光致发光(PL)谱中引起亮-暗跃迁与反交叉行为。本文所阐明的带有单一 $Mn^{2+}$ 离子的 HgTe TIQDs 的此类自旋性质,可为拓扑电光器件提供一个新平台。