半导体所HgTe二维电子气边缘态输运全电控制研究获进展

2011-5-18 09:33 来源: 中国科学院
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  普通的半导体材料二维电子气的霍尔沟道在外磁场下会展现整数量子霍尔效应。其物理起源是洛伦兹力导致沟道边缘附近出现具有金属特性的边缘态。反转能带的半导体材料HgTe二维电子气霍尔沟道甚至无外磁场时其边缘也会呈现出金属态特性,即量子自旋霍尔效应。这项工作被评为2007年度十大科学进展之一,获得了2010年度欧洲物理学奖。

  这种类金属的边缘态具有令人惊奇的自旋极化的特性,且由于时间反演对称性的保护,不容易受到破坏。如何利用外场,特别是电场来调控边缘态的自旋输运是目前国际上理论和实验都十分感兴趣的问题。

  在国家基金委和中科院创新工程的支持下,中科院半导体研究所常凯研究员和张乐波博士、程芳博士与浙江师范大学物理系翟峰教授合作,从理论上提出可以利用量子点接触全电地控制HgTe二维电子气霍尔沟道中边缘态的输运。通过改变量子点接触栅极上的电压,可以增强或减弱边缘态之间的耦合,从而阻断和导通沟道的导电行为,控制拓扑边缘态的输运。

  文章以快讯(Rapid Communication)形式发表在Phys. Rev. B (83, 081402(R) 2011)上。