HgTe量子阱与拓扑表面态中的弱反局域化：有质量与无质量狄拉克费米子
介观与纳米尺度物理
2015-03-19 v4
摘要
HgTe量子阱和三维拓扑绝缘体的表面支持具有单谷带色散的狄拉克费米子。在存在无序的情况下，它们会经历弱反局域化，这已在最近的输运实验中被观察到。在这项工作中，我们对HgTe量子阱和拓扑表面态中的弱反局域化进行了比较理论研究。这两个单谷系统之间的差异源于HgTe量子阱中有限的带隙（有效狄拉克质量），而拓扑绝缘体中的表面态是无隙（无质量）的。有限的有效狄拉克质量意味着内部对称性破缺，导致在大于某个与狄拉克质量成反比的特定时间t_M后，HgTe量子阱中的弱反局域化受到抑制。这对应于Cooperon扩散模式中弛豫间隙1/t_M的打开，我们通过包含相关自旋自由度的Bethe-Salpeter方程得到了该间隙。我们证明，弛豫间隙对载流子密度和带隙均表现出有趣的非单调依赖性，并在这些参数的某种组合下消失。弱反局域化电导率反映了这种非单调行为，这是HgTe量子阱所特有的，而拓扑表面态则没有。另一方面，拓扑表面态由于其在体相中的指数衰减，在平行磁场中表现出特定的弱反局域化磁电导。
引用
@article{arxiv.1102.4512,
title = {Weak antilocalization in HgTe quantum wells and topological surface states: Massive versus massless Dirac fermions},
author = {G. Tkachov and E. M. Hankiewicz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1102.4512},
year = {2015}
}
备注
14 pages, 10 figures, version as published