半金属 HgTe 量子阱的能谱

基于碲化汞（HgTe）薄膜的量子阱（QWs）提供了一系列从绝缘体经二维 Dirac 半金属到三维拓扑绝缘体的丰富异常物理性质。这些性质源于量子阱能带结构随 HgTe 薄膜厚度的剧烈变化。尽管作为关键性质，这些能量色散关系由于缺乏适当工具而无法在实验中体现。在此我们报道了对两个具有反转型能谱、并实现二维半金属态的 HgTe 量子阱的实验与理论研究。利用亚太赫兹频率的磁光光谱，我们获得了在所有相关费米能级位置和不同电荷密度下的电子与空穴回旋质量信息。该结果还得到电容测量的 Shubnikov-de Haas 分析的支撑，从而可获取活跃模式的简并度信息。由这些数据可重构电子与空穴的色散关系。对能量色散关系与理论计算的详细比较分析显示出良好吻合，甚至反映出若干细微特征，如能带分裂、第二导带以及第一导带与第一价带之间的交叠。我们的研究表明，回旋共振实验可有效地用于直接获取半金属二维材料的能带结构。