反型 InAs/GaSb 量子阱中的量子反常霍尔相与有效面内朗德 g 因子

在 InAs/GaSb 量子阱（QW）中发现的能带反型结构被证实承载拓扑量子自旋霍尔（QSH）态。QSH 绝缘体承载受时间反演对称性保护的反向传播自旋极化边缘态。最新实验报道了由这些 QSH 态产生的鲁棒量子化霍尔电导，其在强达 $12$ Tesla 的面内磁场中持续存在。基于该实验结果，我们在此给出有效面内朗德 g 因子的精确计算。我们的计算基于投影到方形晶格上的紧束缚哈密顿量，其重现了稍作修正的 Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）哈密顿量。我们还研究了关于磁掺杂的拓扑相变。在适当掺杂下，一类自旋态穿透到 QW 的体材料中，系统也进入量子反常霍尔（QAH）态。我们进一步通过量子霍尔电导的计算确认了这一点，其在如此掺杂状态下显示 $e^2/h$ 而非 $2e^2/h$ 的平台。本文预测了反型 QW 中用于实现自旋电子学应用所需无耗散电荷传输的一定范围可控参数。