受拓扑保护的亚纳米级电子通道
介观与纳米尺度物理
2015-10-23 v1
摘要
自旋与动量的螺旋锁定以及禁止背散射是拓扑保护态的关键特性。预计它们将通过提供纯自旋流实现新型信息处理（如自旋电子学），或利用拓扑态与超导体界面处的 Majorana 费米子实现容错量子计算。迄今为止，实现 Majorana 费米子所需的螺旋导电通道是通过向传统半导体纳米线施加轴向磁场产生的。避免使用磁场将显著增强电路设计的可能性。在此，我们表明在最近发现的拓扑绝缘体 Bi14Rh3I9 的表面台阶边缘存在具有自然螺旋性的亚纳米级电子通道。扫描隧道谱显示，这些电子通道在 200 meV 的大带隙内于能量和空间上均是连续的，从而证明了其非平凡拓扑性质。在密切相关但拓扑平凡的绝缘体 Bi13Pt3I7 中缺失这些通道，进一步证实了通道的拓扑本质。无背散射电子通道是 Bi14Rh3I9 结构的直接结果，该结构由被平凡绝缘体隔开的二维拓扑绝缘石墨烯类平面堆叠而成。我们演示了可以使用原子力显微镜对 Bi14Rh3I9 表面进行刻蚀，从而能够以纳米精度图案化受保护的通道网络。
引用
@article{arxiv.1501.05919,
title = {Sub-nm wide electron channels protected by topology},
author = {Christian Pauly and Bertold Rasche and Klaus Koepernik and Marcus Liebmann and Marco Pratzer and Manuel Richter and Jens Kellner and Markus Eschbach and Bernhard Kaufmann and Lukasz Plucinski and Claus M. Schneider and Michael Ruck and Jeroen van den Brink and Markus Morgenstern},
journal= {arXiv preprint arXiv:1501.05919},
year = {2015}
}
备注
17 pages, 4 figures, and supplementary material, Nature Physics in press