Magnetotransport in 3D Topological Insulator Nanowires

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	54
Date:	20 April 2020
Referee:	Prof. Dr. Klaus Richter
Date of exam:	3 March 2020
Institutions:	Physics > Institute of Theroretical Physics > Chair Professor Richter > Group Klaus Richter
Keywords:	topologische Isolatoren; topological insulators; Quantentransport; quantum transport; Nanodrähte; nanowires; Magnetotransport; Mesoskopische Physik, mesoscopic physics; Quanten-Hall-Effekt, quantum Hall effect; Coulomb Blockade; Coulomb blockade
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	43040

Abstract (English)

In recent years, the research field of topological insulators (TIs) has grown extremely fast due to its potential to produce revolutionary applications in electronics, spintronics, and quantum computation (to name just a few). Three-dimensional TIs (3DTIs) host massless Dirac-like surface states wrapped around an insulating bulk. The special attributes of these topologically protected states are ...

Abstract (English)

In recent years, the research field of topological insulators (TIs) has grown extremely fast due to its potential to produce revolutionary applications in electronics, spintronics, and quantum computation (to name just a few). Three-dimensional TIs (3DTIs) host massless Dirac-like surface states wrapped around an insulating bulk. The special attributes of these topologically protected states are not only interesting for applications, but also for studying fundamental aspects of physics, such as the Klein paradox.

This dissertation deals with the transport properties of 3DTI nanowires in the presence of external electric and magnetic fields, using numerical simulations based on effective surface Dirac Hamiltonians. In the first part, a joint experimental and theoretical effort is presented, which reveals the Dirac-like nature of the surface states on HgTe nanowires. The second part is devoted to nanowires with a varying cross section along their axis. Such curved nanowires grant access to a wealth of intriguing quantum transport phenomena and may serve as building blocks for new types of Dirac electron optic setups.

Translation of the abstract (German)

Das Forschungsgebiet der topologischen Isolatoren (TIs) hat das Potential revolutionäre Anwendungen in der Elektronik, der Spintronik und im Bereich des Quantencomputing (um nur einige zu nennen) hervorzubringen. Während das Innere eines dreidimensionalen TI (3DTI) isolierend ist, befinden sich auf der Oberfläche masselose Dirac Zustände. Die besonderen Eigenschaften dieser topologisch ...

Translation of the abstract (German)

Das Forschungsgebiet der topologischen Isolatoren (TIs) hat das Potential revolutionäre Anwendungen in der Elektronik, der Spintronik und im Bereich des Quantencomputing (um nur einige zu nennen) hervorzubringen. Während das Innere eines dreidimensionalen TI (3DTI) isolierend ist, befinden sich auf der Oberfläche masselose Dirac Zustände.
Die besonderen Eigenschaften dieser topologisch geschützten Zustände sind dabei nicht nur interessant für zahlreiche Anwendungen, sondern auch um fundamentale Aspekte der Physik, wie z.B. das Klein-Paradoxon, zu erforschen.

Diese Dissertation befasst sich mit den Transporteigenschaften von 3DTI-Nanodrähten in externen elektrischen und magnetischen Feldern. Die Nanodrähte werden durch numerische Simulationen, in die effektive Oberflächen-Dirac-Operatoren einfließen, untersucht. Der erste Teil der Arbeit handelt von einem Forschungsprojekt, welches auf Grundalge von Experimenten und Simulationen die Dirac Natur der Oberflächenzustände auf HgTe-Nanodrähten offenbart. Im zweiten Teil geht es um Nanodrähte mit einem variierenden Querschnitt entlang der Drahtachse. Solche Nanodrähte mit Krümmung erlauben es, eine Fülle faszinierender Quantentransportphänomene zu beobachten und könnten als Bausteine für neuartige Dirac-Elektronenoptik-Systemen dienen.

Linked items

Details

Preview

Export bibliographical data

Abstract (English)

Abstract (English)

Translation of the abstract (German)

Translation of the abstract (German)

Download Statistics

Downloads

More literature (via CORE)

University Library