量子自旋霍尔绝缘体候选材料中的非拓扑边缘模
介观与纳米尺度物理
2023-01-31 v1 强关联电子
摘要
量子自旋霍尔绝缘体候选材料（如 HgTe/CdTe 与 InAs/GaSb 异质结构）中的实验表明，除拓扑保护的螺旋边缘模之外，这些多层异质结构还可能支持额外的边缘态，其可贡献于散射与输运。我们使用第一性原理计算推导了 HgTe/CdTe、HgS/CdTe 与 InAs/GaSb 异质结构的有效紧束缚模型，并表明所有这些材料都支持对边缘终止敏感的额外边缘态。我们将这些态的微观起源追溯到一个支持具有非平凡量子几何的平带的最小模型，该量子几何在边缘处产生极化电荷。我们表明，当平带彼此耦合并与其它态耦合以形成描述完整异质结构的哈密顿量时，极化电荷转变为额外的边缘态。有趣的是，在 HgTe/CdTe 量子阱中，额外边缘态远离费米能级，因而它们不贡献于输运；但在 HgS/CdTe 与 InAs/GaSb 异质结构中，它们出现在体能隙内，从而带来多模边缘输运的可能性。最后，我们证明由于这些额外边缘模是非拓扑的，可通过修饰边缘势（例如借助侧栅或化学掺杂）将其从体能隙中移除。
引用
@article{arxiv.2209.06912,
title = {Unprotected edge modes in quantum spin Hall insulator candidate materials},
author = {Nguyen Minh Nguyen and Giuseppe Cuono and Rajibul Islam and Carmine Autieri and Timo Hyart and Wojciech Brzezicki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.06912},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 9 figures