В журнале Nature Physics опубликована статья, в которой впервые показана спиновая поляризация краевых состояний в режиме квантового спинового эффекта Холла (КСЭХ), или, другими словами, в состоянии двумерного топологического изолятора. В качестве основы для эксперимента использовалась квантовая яма HgTe с толщиной 9 нм, что соответствует инвертированной зонной структуре с щелью. Гетероструктуре была придана геометрия 4-х контактного Н-образного холловского мостика. Одна из двухконтактных «ножек» мостика использовалась для пропускания тока (источник), а другая – для измерения возникающего нелокального напряжения (детектор). Каждая из «ножек» была покрыта независимым затвором, позволяющим менять ее тип проводимости как на металлический, n- или p-типа, так и на режим КСЭХ. Связаны «ножки» с помощью короткой беззатворной перемычки.

Впервые был получен ненулевой нелокальный сигнал, когда только одна из «ножек» (либо источник, либо детектор) находилась в состоянии КСЭХ, а вторая – в металлическом. В расчетах, представленных в статье, было показано, что ненулевой сигнал возникает благодаря образованию неравновесного спина в металлической «ножке» холловского мостика или, иначе говоря, спиновой поляризации электронов, проникающих из второй «ножки» через перемычку. Таким образом, впервые была показана как спиновая поляризация краевых состояний в режиме КСЭХ, а также возможность детектирования спина полностью электрическим детектором (т.е. в отсутствие внешнего магнитного поля и магнитных примесей), что говорит о перспективности применения исследованной квантовой ямы в спинтронике.

На рисунке представлена схема исследованного образца в двух конфигурациях источника и детектора, зеленой стрелкой обозначена «ножка» с протекающим током. Зеленый цвет соответствует металлическому типу проводимости, желтый – режиму КСЭХ. Экспериментальные результаты сканирования по затворному напряжению приведены для   конфигурации «a». Д.А.Козлов