Электронные свойства квантовых мезоскопических структур, обусловленные электрон-электронным и спин-орбитальным взаимодействием

Развита теория оптического поглощения в двухмерных топологических изоляторах и внутрицентровых электронных переходов в структурных дефектах с короткодействующим потенциалом. Показано, что внутрицентровые переходы приводят к появлению специфических особенностей в виде двух или трех пиков в спектре поглощения, структура которых зависит от параметров зонного спектра и функции распределения дефектов по величине их потенциала. Изучены электронный спектр и структура поверхности Ферми в двухмерном электронном газе со спин-орбитальным взаимодействием при наличии продольного магнитного поля. Показано, что в такой системе образуются сингулярности Ван Хова, управляемые магнитным полем, проявляющиеся в виде характерных особенностей магнитной восприимчивости, которая имеет характерные пики, величина и форма которых зависят от уровня химического потенциала. Исследовано влияние положения уровня химического потенциала на спектры туннельной проводимости. Показано, что в объектах, имеющих спектры с энергетической щелью, в зависимости от положения уровня химического потенциала в области щели возникают существенные искажения производной вольт-амперной характеристики туннельного промежутка dI/dV, которые могут приводить к ошибочным выводам при использовании стандартных подходов к сканирующей туннельной спектроскопии. При попадании уровня химического потенциала в валентную зону или зону проводимости в области энергетической щели возникают ненулевые или даже отрицательные значения величины dI/dV, что обычно связывают с локальной плотностью состояний. Поправка к dI/dV, связанная со сдвигом уровня химического потенциала, практически линейно зависит от расстояния z между туннельным зондом и поверхностью и исчезает при z → 0. Полученные результаты объясняют происхождение существенного различия нормированного значения dI/dV при исследованиях топологических изоляторов различными группами.