Temperature-driven transition from a semiconductor to a topological insulator

Wiedmann, Steffen; Jost, A.; Thienel, Cornelius; Brüne, C.; Leubner, Philipp; Buhmann, H.; Molenkamp, L. W.; Maan, J. C.; Zeitler, U.

doi:10.1103/physrevb.91.205311

Cited by 36 publications

(43 citation statements)

References 25 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Large positive (and often linear) MR was reported in graphene and topological insulators close to charge neutrality [14][15][16][17][18][19][20][21][22] [36][37][38][39] that this effect could be a direct condensed matter manifestation of the Adler-Bell-Jackiw chiral anomaly [40][41][42] . However, the unexpected variety of materials exhibiting negative MR [8][9][10][11][31][32][33][34][35] does not support the idea that such measurements may provide a "smoking gun" for detecting a Weyl semimetal 37,39 .…”

mentioning

confidence: 99%

Nonmonotonic magnetoresistance of a two-dimensional viscous electron-hole fluid in a confined geometry

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

Ultra-pure conductors may exhibit hydrodynamic transport where the collective motion of charge carriers resembles the flow of a viscous fluid. In a confined geometry (e.g., in ultra-high quality nanostructures) the electronic fluid assumes a Poiseuille-like flow. Applying an external magnetic field tends to diminish viscous effects leading to large negative magnetoresistance. In two-component systems near charge neutrality the hydrodynamic flow of charge carriers is strongly affected by the mutual friction between the two constituents. At low fields, the magnetoresistance is negative, however at high fields the interplay between electron-hole scattering, recombination, and viscosity results in a dramatic change of the flow profile: the magnetoresistance changes its sign and eventually becomes linear in very high fields. This novel non-monotonic magnetoresistance can be used as a fingerprint to detect viscous flow in two-component conducting systems.The independent particle approximation 1,2 has dominated the solid state physics for nearly a century. While clearly successful in describing most of the basic transport phenomena in metals and semiconductors, this approach completely neglects Coulomb interaction between charge carriers (the latter is frequently said to be justified by the "weakness" of electron-electron interaction due to, e.g., screening or statistical effects). To be more specific, in many conventional conductors the typical interaction length scale, ee , is too long in comparison to other relevant scales in the system. In particular, at low temperatures the dominant scattering process is due to potential disorder and hence the shortest length scale is the mean free path, dis ee , which determines the residual Drude resistivity at T = 0. At high temperatures, the electron-phonon interaction dominates, ph ee . If these two temperature regimes overlap, then indeed (at least, away from any phase transitions) the role of electron-electron interaction is reduced to small corrections. However, if there exists a temperature window where ee dis , ph , then in that case the independent particle approximation is violated: the motion of charge carriers becomes collective (or hydrodynamic) and hence transport properties of the system are determined by interaction 3 .Signatures of the hydrodynamic behavior have been observed in recent experiments in graphene 4-6 and palladium cobaltate 7 . The effect of external magnetic field on electronic transport in systems with ee dis , ph was studied in magnetotransport measurements in ultra-highmobility GaAs quantum wells 8-10 and more recently in the Weyl semimetal WP 2 11 reporting, in both cases, large negative magnetoresistance. A detailed account of the history of magnetotransport measurements is beyond the scope of this paper. Here we only stress the following well known facts: at the single-particle level, there is no classical magnetoresistance (MR) in single-band (or one-component) systems; taking into account more than one band of carriers (e.g., in semiconduct...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Nonmonotonic magnetoresistance of a two-dimensional viscous electron-hole fluid in a confined geometry

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…14 It has been recently demonstrated that a transition between BI and TI phases can be driven either by electric field 15,16 , applied along the growth direction, or by temperature 17,18 . However, the mentioned works were focused on the evolution of the band structure due to transition between BI and TI phases only, while temperature and electric field effects in the SM phase were ignored.…”

mentioning

confidence: 99%

Pressure- and temperature-driven phase transitions in HgTe quantum wells

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

We present theoretical investigations of pressure and temperature driven phase transitions in HgTe quantum wells grown on CdTe buffer. Using the 8-band k·p Hamiltonian we calculate evolution of energy band structure at different quantum well width with hydrostatic pressure up to 20 kBar and temperature ranging up 300 K. In particular, we show that in addition to temperature, tuning of hydrostatic pressure allows to drive transitions between semimetal, band insulator and topological insulator phases. Our realistic band structure calculations reveal that the band inversion under hydrostatic pressure and temperature may be accompanied by non-local overlapping between conduction and valence bands. The pressure and temperature phase diagrams are presented.

show abstract

“…Последнее открывает допол-нительные возможности для создания перспективных " топологических" приборов, работающих с использова-нием краевых каналов проводимости [19]. К настоящему времени теоретически рассматривались возможности осуществления фазового перехода в КЯ HgTe/CdHgTe между состояниями тривиального и топологического изоляторов с помощью внешнего электрического по-ля [20,21], температуры [10,21,22] и давления [22]. Экс-периментально качественное изменение зонного спектра и наличие такого перехода при изменении темпера-туры впервые было продемонстрировано с помощью транспортных [10] и магнитооптических измерений [23].…”

Section: международный симпозиум "unclassified

“…5 и 6 вид зависимостей энер-гетического зазора между валентной зоной и зоной проводимости в точке k = 0 принципиально отличается для структур с нормальным и инвертированным зонным спектром. Как показано в работах [10,22], основное влияние температура оказывает на положение подзоны E1 -с ростом температуры энергия подзоны в точке k = 0 увеличивается. В образцах с нормальным зонным спектром это просто приводит к увеличению ширины запрещенной зоны.…”

Section: международный симпозиум "unclassified

See 1 more Smart Citation

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

Иконников¹,

Bovkun

Rumiantsev³

et al. 2017

Физика И Техника Полупроводников

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

Temperature-driven transition from a semiconductor to a topological insulator

Cited by 36 publications

References 25 publications

Nonmonotonic magnetoresistance of a two-dimensional viscous electron-hole fluid in a confined geometry

Nonmonotonic magnetoresistance of a two-dimensional viscous electron-hole fluid in a confined geometry

Pressure- and temperature-driven phase transitions in HgTe quantum wells

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

Contact Info

Product

Resources

About