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Topological insulators in random potentials

机译：随机势中的拓扑绝缘子

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摘要

We investigate the effects of magnetic and nonmagnetic impurities on the two-dimensional surface states of three-dimensional topological insulators (TIs). Modeling weak and strong TIs using a generic four-band Hamiltonian, which allows for a breaking of inversion and time-reversal symmetries and takes into account random local potentials as well as the Zeeman and orbital effects of external magnetic fields, we compute the local density of states, the single-particle spectral function, and the conductance for a (contacted) slab geometry by numerically exact techniques based on kernel polynomial expansion and Green's function approaches. We show that bulk disorder refills the surface-state Dirac gap induced by a homogeneous magnetic field with states, whereas orbital (Peierls-phase) disorder preserves the gap feature. The former effect is more pronounced in weak TIs than in strong TIs. At moderate randomness, disorder-induced conducting channels appear in the surface layer, promoting diffusive metallicity. Random Zeeman fields rapidly destroy any conducting surface states. Imprinting quantum dots on a TI's surface, we demonstrate that carrier transport can be easily tuned by varying the gate voltage, even to the point where quasibound dot states may appear.
机译：我们研究了磁性和非磁性杂质对三维拓扑绝缘体（TI）的二维表面状态的影响。使用通用的四频段哈密顿量模型对弱和强TI进行建模，这可以打破反演和时间反转对称性，并考虑随机局部电势以及外部磁场的塞曼和轨道效应，我们计算了局部密度通过基于核多项式展开和格林函数方法的数值精确技术，可以确定状态，单粒子光谱函数以及（接触的）平板几何形状的电导。我们显示，体无序填充了由具有状态的均匀磁场引起的表面状态Dirac缝隙，而轨道（Peierls相）无序保留了缝隙特征。在较弱的TI中，前者的影响比在较强的TI中更为明显。在中等程度的随机性下，表面层中会出现无序诱导的导电通道，从而促进了扩散金属性。随机塞曼场会迅速破坏任何导电表面状态。我们将量子点印在TI的表面上，证明了通过改变栅极电压甚至可以调整到准结合点状态可能会很容易地调整载流子传输。

著录项

  • 来源
    《Physical review》 |2016年第3期|035123.1-035123.8|共8页
  • 作者

    Andreas Pieper; Holger Fehske;

  • 作者单位

    Institut fuer Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universitaet Greifswald, 17487 Greifswald, Germany;

    Institut fuer Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universitaet Greifswald, 17487 Greifswald, Germany;

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