负 U 中心作为拓扑边缘通道的基础

我们展示了硅三明治纳米结构的研究结果，该结构代表了 p 型高迁移率超窄硅量子阱（Si-QW，2 nm），由掺杂重硼的 n 型 Si (100) 表面上的$\delta$势垒（3 nm）限制。ESR 研究表明，限制 Si-QW 的纳米结构$\delta$势垒主要由硼的偶极负 U 中心组成，这是由沿<111>晶轴浅硼受主的重构引起的，即$2B^0 = B^+ + B^-$。$\delta$势垒中硼的偶极负 U 中心的电有序链似乎产生了垂直分离的拓扑边缘态，因为在极低漏源电流下测得的纵向电导$G_{xx} = 4e^2/h$和横向电导$G_{xy} = e^2/h$表明出现了量子自旋霍尔效应。此外，观测到的 Aharonov-Casher 电导振荡和$0.7(2e^2/h)$特征证明了自发自旋极化与 Rashba 自旋 - 轨道相互作用之间的相互影响，这可归因于拓扑边缘通道的形成。我们讨论了拓扑边缘通道的唯象模型，该模型根据上下$\delta$势垒中负 U 偶极中心分布的无序程度，可表现出弹道输运、Aharonov-Casher 效应或约瑟夫森结行为。