拓扑绝缘体收缩区中边缘态的自旋与电荷切换
介观与纳米尺度物理
2012-03-26 v1
摘要
自从在石墨烯中预言了新的拓扑物质态以来，作为拓扑绝缘体的材料引起了广泛关注。在基于碲化汞的二维拓扑绝缘体的理论提出后不久，量子自旋霍尔效应和非局域边缘输运的观测为边缘态导致的量子化电导提供了令人信服的实验证据。这种螺旋边缘态的自旋取向和传播方向是内在关联的，提供了对背散射的保护。然而，这些特性反过来又使得受控的自旋操作（如自旋切换）变得困难。因此，我们在此提出将收缩区作为碲化汞中相反边缘（和自旋）态之间的连接器。我们展示了如何利用在收缩区中重叠的边缘态之间的耦合，既用于将电荷流导向不同的边缘模式，也用于受控的自旋切换。这产生了一种三态电荷和自旋晶体管功能。与传统自旋晶体管不同，这种切换不依赖于可调的Rashba自旋轨道相互作用，而是依赖于边缘态波函数的能量依赖性。基于这一机制，并辅以数值输运计算，我们提出了两种根据收缩区栅控来控制自旋流和电荷流的不同方法。
引用
@article{arxiv.1104.4284,
title = {Switching spin and charge between edge states in topological insulator constrictions},
author = {Viktor Krueckl and Klaus Richter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1104.4284},
year = {2012}
}