磁场中的拓扑绝缘体边缘态性质?

摘要：

用数值方法研究了拓扑绝缘体薄膜体系在外加垂直磁场作用下其边缘态的性质。磁场的加入通过耦合k+eA,即Peierls势替换关系和该作用导致的Zeeman交换场体现在哈密顿量中。考虑窄条圆环状结构的二维InAs/GaSb/AlSb薄膜量子阱材料,当其处于拓扑非平庸状态,即量子自旋霍尔态时,会出现受时间反演对称性保护的两支简并边缘态,而在垂直磁场的作用下,时间反演对称性被破坏,这时能带将形成一条条的朗道能级,原来简并的两支边缘态也会分开到朗道能级谱线的两侧,从电子态密度的空间分布情况则可以看到边缘态分别局域在材料的两个边界。随着磁场的增大,位于同一边界上的不同自旋极化的边缘态将出现分离：一支仍然局域在边缘,另一支则随外加磁场的增加而有逐渐演化到材料内部的趋势。文中还计算了同一边界上的两支边缘态之间的散射,结果表明由于两个边缘态在空间发生分离,相互之间的散射被很大的压制,得到了其散射随磁场增加没有明显变化的结论,所以磁场并不会增强散射过程,也没有破坏体拓扑材料的性质,说明了量子自旋霍尔态在没有时间反演对称的情况下也可以有较强的稳定性。

关键词：拓扑绝缘体、量子自旋霍尔态、朗道能级、边缘态

资助基金：国家科技部重点基础研究发展计划2015CB921202,2014CB921103;国家自然科学基金批准号11225420资助课题.* Project supported by the State Key Program for Basic Researches of ChinaGrants .2015CB921202,2014CB921103;the National Natural Science Foundation of ChinaGrants 11225420

在线出版日期：2015-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共1页

页码：097302-1-097302-8