Influence of the Fermi velocity on the transport properties of the 3D topological insulators

Анотація

Досліджується балістичний транспорт квазіелектронів на поверхні 3D топологічних ізоляторів крізь бар’єри різної природи: швидкості Фермі та електростатичні бар’єри. Ці бар’єри вважаються прямокутними та одновимірними. Коефіцієнт трансмісії квазіелектронів Т в залежності від їх енергії Е та кута падіння θ на структуру, що розглядається (спектри трансмісії), розраховується за допомогою ефективного гамільтоніану. Провідність даної структури G обчислюється із використанням формули Ландауера–Буттікера. Показано, що значення Т і G істотно залежать від відношення швидкостей Фермі в бар’єрній та позабар’єрній областях α = v_F2/ v_F1. Аналізується залежність цих величин від електростатичного потенціалу. Показано, зокрема, що в даній структурі проявляється ефект супертунелювання, який істотно залежить від значення α. Наведено формулу, що визначає значення енергій, для яких має місце ефект супертунелювання для різних α. У разі нормального кута падіння частинок проявляється ефект, аналогічний клейнівському парадоксу. Спектри T(E,θ) та G(E) є вельми чутливими до співвідношення між α, енергією Е, величиною електростатичного потенціалу. Отже, змінюючи параметри даної задачі, можна гнучко варіювати залежності T(E,θ) та G(E) в широких межах. Одержані результати можуть бути застосовані в наноелектроніці, яка використовує топологічні ізолятори.