高阶拓扑绝缘体中的拓扑纳米开关

我们考虑在二维拓扑绝缘体矩形片中，受平面磁场作用下的多端口传输。该系统已被证明是二阶拓扑绝缘体，因而在边界上表现出角州子态。角州子态的位置及其衰减长度可由磁场方向控制。在电极中我们假设无磁场，因此具有自旋-霍尔效应特有的 helical 一维亚导波态。我们使用低能有效哈密顿量，解析地表明在双端口配置中，平面磁场旋转即可实现传输的开关。在三端口配置中，平面磁场可用于开关相邻接点之间的传输，从而实现方向性开关。解析计算结果与数值方法良好一致。对于小的费米能和场强，解析结果与数值结果异常吻合。我们也在数值方法中考察了无序的影响。我们发现，由于贡献于电子传输的拓扑态特性，开关功能对强无序的存在异常稳健。