Nuevos estados topológicos en heteroestructuras basadas en aisladores topológicos

Abstract

Los aisladores topológicos a grandes rasgos son aisladores en el bulto y presentan estados de borde metálicos que están protegidos por alguna simetrı́a del sistema, mediciones ARPES han logrado detectar estos estados, mientras que en experimentos de transporte, estos estados son empañados por una contribución debido a los defectos e impurezas del bulto.

El objetivo de esta tesis es proponer un modelo teórico, que sea capaz de entregar una mayor robustez a los estados de superficies de los aisladores topológicos. Para este fin, usaremos una geometrı́a de heteroestructuras o super-redes, ya que dada la gran experiencia experimental en el crecimiento de este tipo de sistema, su realización experimental es factible.

Debido el vertiginoso avance del área de los aisladores topológicos, comenzaremos con una breve reseña histórica de el surgimiento de este tipo de materiales (capı́tulo 1), para luego explicar la fı́sica subyacente de los aisladores topológicos en uno de los modelos de aislador topológico mas sencillos, el modelo SSH (capı́tulo 2) y un modelo mas interesante, el modelo BHZ (capı́tulo 4), este último fue comprobado experimentalmente. Luego, pasaremos a implementar la estrategia de super-redes para generar nuevos estados de borde topológicamente protegidos, que tienen como base el modelo SSH (capı́tulo 3) y el modelo BHZ (capı́tulo 5).

En esta tesis, mediante el método tight-binding y los modelos sencillos anteriormente mencionados, logramos diseñar exitosamente nuevos estados de borde topológicos, los que son mucho más resistentes al desorden atómico que sus estructuras base (SSH o BHZ), incluso cuando este desorden destruye la simetrı́a que permite la existencia del orden topológico.

Topological insulators in broad strokes are insulators in the bulk and have metal surface (or edge) states that are protected by some symmetry of the system. ARPES measurements have managed to detect these states, while in transport experiments, these states are tarnished by a contribution due to defects and impurities of the package. The objective of this thesis is to propose a theoretical model that is capable of delivering greater robustness to the surface states of topological insulators. For this purpose, we will use the geometry of heterostructures or super-lattices, since, given the great experimental experience in the growth of this type of system, its experimental realization is feasible.

Due to the vertiginous advance of the area of ​​topological insulators, we will begin with a brief historical review of the emergence of such materials (Chapter 1), and then explain the underlying physics of topological insulators in one of the simplest topological insulator models, the SSH model (chapter 2) and a most interesting model, the BHZ model (chapter 4), the latter was checked experimentally. Then, we will implement the super-network strategy to generate new topologically protected edge states, which are based on the SSH model (chapter 3) and the BHZ model (chapter 5). In this thesis, using the tight-binding method and the simple models mentioned above, we successfully designed new topological edge states, which are much more resistant to atomic disorder than their base structures (SSH or BHZ), even when this disorder destroys the symmetry that allows the existence of the topological order.