Magnetospectroscopy of two-dimensional HgTe-based topological insulators around the critical thickness

Жолудев, М. С.; Теппе, Ф.; Орлита, М.; Conséjo, Christophe; Torres, J.; Dyakonova, N.; Czapkiewicz, M.; Wróbel, J.; Grabecki, G.; Михайлов, Н. Н.; Dvoretskii, S. A.; Иконников, А. В.; Spirin, K. E.; Aleshkin, V. Ya.; Гавриленко, В. И.; Knap, W.

doi:10.1103/physrevb.86.205420

Cited by 130 publications

(139 citation statements)

References 17 publications

Supporting

Mentioning

110

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Th: Si 2014 Bi Th: Murakami 2006, Wada 2011Exp: Jnawali 2012, Hirayama 2011, Hirahara 2012, Wells 2009, Lükermann 2012, Coelho 2013, Chun-Lei 2013, Lu 2015, Takayama 2015Sb Th: Zhang 2012Exp: Yao 2013, Bian 2011 BiTeX (X=I, Br, Cl) Th: HgTe/CdTe Th: Bernevig 2006, Khaymovich 2013Exp: König 2007, Brüne 2012, Nowack 2013, Zholudev 2012, Gusev 2014, Hart 2014 * In the interest of brevity, only the last name of the first author is given. However, in cases of multiple references with the same name and year, titles of the articles should allow the reader to access the appropriate literature.…”

Section: Graphenementioning

confidence: 99%

Colloquium: Topological band theory

2016

View full text Add to dashboard Cite

The first-principles band theory paradigm has been a key player not only in the process of discovering new classes of topologically interesting materials, but also for identifying salient characteristics of topological states, enabling direct and sharpened confrontation between theory and experiment. We begin this review by discussing underpinnings of the topological band theory, which basically involves a layer of analysis and interpretation for assessing topological properties of band structures beyond the standard band theory construct. Methods for evaluating topological invariants are delineated, including crystals without inversion symmetry and interacting systems. The extent to which theoretically predicted properties and protections of topological states have been verified experimentally is discussed, including work on topological crystalline insulators, disorder/interaction driven topological insulators (TIs), topological superconductors, Weyl semimetal phases, and topological phase transitions. Successful strategies for new materials discovery process are outlined. A comprehensive survey of currently predicted 2D and 3D topological materials is provided. This includes binary, ternary and quaternary compounds, transition metal and f-electron materials, Weyl and 3D Dirac semimetals, complex oxides, organometallics, skutterudites and antiperovskites. Also included is the emerging area of 2D atomically thin films beyond graphene of various elements and their alloys, functional thin films, multilayer systems, and ultra-thin films of 3D TIs, all of which hold exciting promise of wide-ranging applications. We conclude by giving a perspective on research directions where further work will broadly benefit the topological materials field.

show abstract

Section: Graphenementioning

confidence: 99%

Colloquium: Topological band theory

2016

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In well-investigated case of graphene [6,7] the states are fourfold degenerate, i.e. γ = 4, as two Dirac cones are present in the Brillouin zone which are both doubly spin-degenerate.Magneto-optics in the terahertz range has been proven to be an effective tool to investigate two-dimensional conducting states in several quantum systems, like graphene [8-10], Bi 2 Se 3 [11][12][13][14], and HgTe [15][16][17][18][19][20][21][22]. Magneto-optical spectroscopy has the advantages of being contact-free and of directly accessing the effective mass m c via the cyclotron resonance Ω c = eB/m c .…”

mentioning

confidence: 99%

Universal Faraday Rotation in HgTe Wells with Critical Thickness

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

The universal value of Faraday rotation angle close to the fine structure constant (α ≈ 1/137) is experimentally observed in thin HgTe quantum wells with thickness on the border between trivial insulating and the topologically non-trivial Dirac phases. The quantized value of the Faraday angle remains robust in the broad range of magnetic fields and gate voltages. Dynamic Hall conductivity of the hole-like carriers extracted from the analysis of the transmission data shows theoretically predicted universal value of σxy = e 2 /h consistent with the doubly degenerate Dirac state. On shifting the Fermi level by the gate voltage the effective sign of the charge carriers changes from positive (holes) to negative (electrons). The electron-like part of the dynamic response does not show quantum plateaus and is well described within the classical Drude model. PACS numbers:The strong spin-orbit coupling and an inverted band structure in mercury telluride makes this material to a nearly universal tool to probe novel physical effects with the film thickness being a tuning parameter [1,2]. If the thickness of HgTe wells is below critical, d < d c ≈ 6.3 nm, the sequence of the conduction and valence bands is conventional and a trivial insulating state is realized. For thicker films and in the bulk mercury telluride the inversion of valence and conduction bands leads to topologically non-trivial surface states [3,4]. This state is characterised by the locking of the electron spin and the electron momentum and they are topologically protected against non-magnetic impurity scattering.If the thickness of HgTe well is equal to critical, the gap between valence and conduction bands disappears and a two-dimensional (2D) electron gas is formed with Dirac cone dispersion [1,2]. Close to the center of the Dirac cone the electron spin is not a good quantum number, but has to be replaced by pseudo-spin or helicity [3,5]. Due to the particle-hole symmetry of these states, the quantum Hall effect becomes shifted by a half-integer and takes the form σ xy = γ(n+1/2)e 2 /h. In well-investigated case of graphene [6,7] the states are fourfold degenerate, i.e. γ = 4, as two Dirac cones are present in the Brillouin zone which are both doubly spin-degenerate.Magneto-optics in the terahertz range has been proven to be an effective tool to investigate two-dimensional conducting states in several quantum systems, like graphene [8-10], Bi 2 Se 3 [11][12][13][14], and HgTe [15][16][17][18][19][20][21][22]. Magneto-optical spectroscopy has the advantages of being contact-free and of directly accessing the effective mass m c via the cyclotron resonance Ω c = eB/m c . Here B is the external magnetic field.In the dynamical regime the unusual character of the quantum Hall effect in systems with Dirac cones can be shown [23][24][25][26] to lead to a universal values of the Faraday and Kerr rotation with θ F = α ∼ 1/137 and θ K = π/2, respectively. Such predictions have been recently confirmed experimentally in graphene [9], where the Faraday angle is additio...

show abstract

“…[3][4][5][6][7][8][9][10] и ссылки в них), так и магнитооптическими методами (см. [11][12][13][14][15][16][17][18] и ссылки в них). Однако подавляющая часть исследований была выполнена на образцах с электронным типом прово-димости.…”

Section: Introductionunclassified

“…К примеру, было показано, что инверсия зон в КЯ HgTe/CdHgTe приводит к пересечению нижнего уровня Ландау зоны проводимости (n = −2) и верхнего уровня валентной зоны (n = 0) [11]. В дальнейшем было продемонстрировано, что имеет место антипересечение этих уровней, что вызвано их взаимодействием, свя-зываемым с отсутствием центра инверсии в объемном кристалле [13,15,16].В то же время исследования валентной зоны в КЯ HgTe/CdHgTe выполнялись лишь транспортными ме-тодами (см., например, [7][8][9]), при этом управление концентрацией носителей осуществлялось с помощью затвора. В работе [7] было показано, что для полуме-таллической КЯ наблюдается огромное количественное 1588…”

unclassified

Зонный спектр в гетероструктурах HgTe/CdHgTe p-типа и его перестройка с изменением температуры

Иконников¹,

Bovkun

Rumiantsev³

et al. 2017

Физика И Техника Полупроводников

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Выполнены исследования спектров магнитопоглощения и спектров межзонной фотопроводимости при различных температурах в квантовых ямах HgTe/CdHgTe с дырочным типом проводимости. Показано, что в образце с нормальной зонной структурой наблюдается сдвиг положения красной границы в сторону больших энергий с ростом температуры, что указывает на увеличение ширины запрещенной зоны в квантовой яме. В образце с инвертированной структурой впервые наблюдалось смещение красной границы в сторону меньших энергий, связанное с топологическим фазовым переходом от инвертированной зонной структуры к прямой с увеличением температуры. Результаты экспериментальных исследований находятся в согласии с теоретическими расчетами зонной структуры, выполненными на основе модели Кейна. К настоящему времени зонная структура КЯ HgTe/CdHgTe исследована достаточно подробно как транспортными (см. [3-10] и ссылки в них), так и магнитооптическими методами (см. [11][12][13][14][15][16][17][18] и ссылки в них). Однако подавляющая часть исследований была выполнена на образцах с электронным типом прово-димости. К примеру, было показано, что инверсия зон в КЯ HgTe/CdHgTe приводит к пересечению нижнего уровня Ландау зоны проводимости (n = −2) и верхнего уровня валентной зоны (n = 0) [11]. В дальнейшем было продемонстрировано, что имеет место антипересечение этих уровней, что вызвано их взаимодействием, свя-зываемым с отсутствием центра инверсии в объемном кристалле [13,15,16].В то же время исследования валентной зоны в КЯ HgTe/CdHgTe выполнялись лишь транспортными ме-тодами (см., например, [7][8][9]), при этом управление концентрацией носителей осуществлялось с помощью затвора. В работе [7] было показано, что для полуме-таллической КЯ наблюдается огромное количественное 1588

show abstract

Magnetospectroscopy of two-dimensional HgTe-based topological insulators around the critical thickness

Cited by 130 publications

References 17 publications

Colloquium: Topological band theory

Colloquium: Topological band theory

Universal Faraday Rotation in HgTe Wells with Critical Thickness

Зонный спектр в гетероструктурах HgTe/CdHgTe p-типа и его перестройка с изменением температуры

Contact Info

Product

Resources

About