Nemagnitnyy mekhanizm rasseyaniya nazad v gelikoidal'nykh kraevykh sostoyaniyakh

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Исследован механизм индуцированного взаимодействием рассеяния назад в геликоидальных краевых состояниях двумерного топологического изолятора, туннельно связанного с локализованной областью (островком), расположенной вблизи краевого канала. Этот механизм не связан с неупругим рассеянием и обусловлен флуктуациями так называемой нулевой моды в островке. Подробно рассмотрена простейшая модель островка в виде полости в объеме топологического изолятора. Такая полость также обладает геликоидальными краевыми состояниями, туннельно-связанными с геликоидальными состояниями, окружающими топологический изолятор. Ключевую роль играет краевой ток в островке. Хотя среднее значение этого тока равно нулю, его флуктуации, описываемые в приближении нулевой моды, при учете электрон-электронного взаимодействия, действуют подобно магнитному потоку, тем самым допуская процессы рассеяния назад, включающие туннелирование через островок. Выпрямление этих флуктуаций приводит к конечной вероятности рассеяния назад. Этот эффект дополнительно усиливается благодаря процессу сбоя фазы, доминирующий вклад в который также определяется флуктуациями нулевой моды. Примечательно, что для температур, превышающих расстояние между уровнями в островке, скорость рассеяния назад не зависит от температуры, что хорошо согласуется с недавними экспериментами.

About the authors

I. V. Kraynov

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН

Email: igor.kraynov@mail.ru
С.-Петербург, Россия

R. A. Niyazov

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН; Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Петербургский институт ядерной физики

С.-Петербург, Россия; Гатчина, Россия

D. N. Aristov

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН; Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Петербургский институт ядерной физики; Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия; Гатчина, Россия; С.-Петербург, Россия

V. Yu. Kachorovskiy

Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия

References

  1. B. A. Bernevig and S.-C. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 106802 (2006).
  2. B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314, 1757 (2006).
  3. C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 146802 (2005).
  4. M. Konig, S. Wiedmann, C. Brune, A. Roth, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, X.-L. Qi, and S.-C. Zhang, Science 318, 766 (2007).
  5. M. Konig, M. Baenninger, A. G. F. Garcia, N. Harjee, B. L. Pruitt, C. Ames, P. Leubner, C. Brune, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, and D. Goldhaber-Gordon, Phys. Rev. X 3, 021003 (2013).
  6. G. Gusev, Z. Kvon, E. Olshanetsky, and N. Mikhailov, Solid State Commun. 302, 113701 (2019).
  7. E. Olshanetsky, Z. Kvon, G. Gusev, and N. Mikhailov, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 147, 115605 (2023).
  8. Y. Tanaka, A. Furusaki, and K. A. Matveev, Phys. Rev. Lett. 106, 236402 (2011).
  9. J. Maciejko, C. Liu, Y. Oreg, X.-L. Qi, C. Wu, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. Lett. 102, 256803 (2009).
  10. V. Cheianov and L. I. Glazman, Phys. Rev. Lett. 110, 206803 (2013).
  11. M. V. Durnev and S. A. Tarasenko, Phys. Rev. B 93, 075434 (2016).
  12. P. D. Kurilovich, V. D. Kurilovich, I. S. Burmistrov, Y. Gefen, and M. Goldstein, Phys. Rev. Lett. 123, 056803 (2019).
  13. T. L. Schmidt, S. Rachel, F. von Oppen, and L. I. Glazman, Phys. Rev. Lett. 108, 156402 (2012).
  14. J. I. Vayrynen, M. Goldstein, and L. I. Glazman, Phys. Rev. Lett. 110, 216402 (2013).
  15. J. I. Vayrynen, M. Goldstein, Y. Gefen, and L. I. Glazman, Phys. Rev. B 90, 115309 (2014).
  16. V. A. Sablikov, Phys. Rev. B 102, 075434 (2020).
  17. P. P. Aseev and K. E. Nagaev, Phys. Rev. B 94, 045425 (2016).
  18. H. Maier, J. Ziegler, R. Fischer, D. Kozlov, Z. D. Kvon, N. Mikhailov, S. A. Dvoretsky, and D. Weiss, Nature Commun. 8, 2023 (2017).
  19. J. Ziegler, Quantum transport in HgTe topological insulator nanostructures, Ph. D. thesis, University of Regensburg, Regensburg (2019).
  20. P. Delplace, J. Li, and M. Buttiker, Phys. Rev. Lett. 109, 246803 (2012).
  21. R. A. Niyazov, D. N. Aristov, and V. Y. Kachorovskii, Phys. Rev. B 108, 075424 (2023).
  22. J. C. Y. Teo and C. L. Kane, Phys. Rev. B 79, 235321 (2009).
  23. A. P. Dmitriev, I. V. Gornyi, V. Y. Kachorovskii, and D. G. Polyakov, Phys. Rev. Lett. 105, 036402 (2010).
  24. A. P. Dmitriev, I. V. Gornyi, V. Y. Kachorovskii, D. G. Polyakov, and P. M. Shmakov, JETP Lett. 100, 839 (2015).
  25. A. P. Dmitriev, I. V. Gornyi, V. Y. Kachorovskii, and D. G. Polyakov, Phys. Rev. B 96, 115417 (2017).
  26. T. Gianarchi, Quantum Physics in One Dimension, The international series of monographs on physics, Oxford University Press, Clarendon (2004), v.121.
  27. R. A. Niyazov, I. V. Krainov, D. N. Aristov, and V. Y. Kachorovskii, A mechanism of strong backscattering in helical edge states, the paper is being prepared for publication.
  28. F. D. M. Haldane, J. Phys. C Solid State Phys. 14, 2585 (1981).
  29. D. Loss, Phys. Rev. Lett. 69, 343 (1992).
  30. Y. M. Galperin, B. L. Altshuler, J. Bergli, and D. V. Shantsev, Phys. Rev. Lett. 96, 097009 (2006).
  31. J. Schriefl, Y. Makhlin, A. Shnirman, and G. Schon, New J. Phys. 8, 1 (2006).
  32. C. Neuenhahn, B. Kubala, B. Abel, and F. Marquardt, Phys. Status Solidi B 246, 1018 (2009).
  33. D. N. Aristov and R. A. Niyazov, Phys. Rev. B 94, 035429 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences