Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Competing topological phases in a non-Hermitian time-reversal symmetry-broken Bernevig-Hughes-Zhang model

Published 5 Apr 2024 in cond-mat.mes-hall, cond-mat.other, and quant-ph | (2404.04184v2)

Abstract: The Bernevig-Hughes-Zhang (BHZ) model, which serves as a cornerstone in the study of the quantum spin Hall insulators, showcases robust spin-filtered helical edge states in a nanoribbon geometry. In the presence of an in-plane magnetic field, these (first-order) helical states gap out to be replaced by second-order corner states under suitable open-boundary conditions. Here, we show that the inclusion of a spin-dependent non-Hermitian balanced gain/loss potential induces a competition between these first and second-order topological phases. Surprisingly, the previously dormant first-order helical edge states in the nanoribbon resurface as the non-Hermitian effect intensifies, effectively neutralizing the role played by the magnetic field. By employing the projected spin spectra and the spin Chern number, we conclusively explain the resurgence of the first-order topological properties in the time-reversal symmetry-broken BHZ model in presence of non-Hermiticity. Finally, the biorthogonal spin-resolved Berry phase, exhibiting a non-trivial winding, definitively establishes the topological nature of these revived edge states, emphasizing the dominance of non-Hermiticity over the magnetic field.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (38)
  1. K. V. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).
  2. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
  3. X.-L. Qi and S.-C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011).
  4. S. Murakami, N. Nagaosa, and S.-C. Zhang, Science 301, 1348 (2003).
  5. S. Murakami, N. Nagaosa, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. Lett. 93, 156804 (2004).
  6. C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 146802 (2005a).
  7. C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 226801 (2005b).
  8. B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314, 1757 (2006).
  9. F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 61, 2015 (1988).
  10. T. E. Lee, Phys. Rev. Lett. 116, 133903 (2016).
  11. H. Shen, B. Zhen, and L. Fu, Phys. Rev. Lett. 120, 146402 (2018).
  12. A. Ghatak and T. Das, Journal of Physics: Condensed Matter 31, 263001 (2019).
  13. Y. Ashida, Z. Gong, and M. Ueda, Advances in Physics 69, 249 (2020).
  14. E. J. Bergholtz, J. C. Budich, and F. K. Kunst, Rev. Mod. Phys. 93, 015005 (2021).
  15. S. Yao and Z. Wang, Phys. Rev. Lett. 121, 086803 (2018).
  16. C. H. Lee and R. Thomale, Phys. Rev. B 99, 201103 (2019).
  17. D. S. Borgnia, A. J. Kruchkov, and R.-J. Slager, Phys. Rev. Lett. 124, 056802 (2020).
  18. V. M. Martinez Alvarez, J. E. Barrios Vargas, and L. E. F. Foa Torres, Phys. Rev. B 97, 121401 (2018).
  19. W. D. Heiss, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 45, 444016 (2012).
  20. K. Yokomizo and S. Murakami, Phys. Rev. Lett. 123, 066404 (2019).
  21. V. V. Albert, L. I. Glazman, and L. Jiang, Phys. Rev. Lett. 114, 173902 (2015).
  22. D. Halder, R. Thomale, and S. Basu, Phys. Rev. B 109, 115407 (2024).
  23. A. Wang, Z. Meng, and C. Q. Chen, Science Advances 9 (2023).
  24. R. Fleury, D. Sounas, and A. Alù, Nat. Commun. 6, 10.1038/ncomms6905 (2015).
  25. F. Zhang, C. L. Kane, and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 110, 046404 (2013).
  26. Z. Song, Z. Fang, and C. Fang, Phys. Rev. Lett. 119, 246402 (2017).
  27. F. Schindler et. al., Nature Physics 14 (2018).
  28. C. H. Lee, L. Li, and J. Gong, Phys. Rev. Lett. 123, 016805 (2019).
  29. E. Edvardsson, F. K. Kunst, and E. J. Bergholtz, Phys. Rev. B 99, 081302 (2019).
  30. X.-W. Luo and C. Zhang, Phys. Rev. Lett. 123, 073601 (2019).
  31. K. Kawabata, M. Sato, and K. Shiozaki, Phys. Rev. B 102, 205118 (2020).
  32. Y. Ren, Z. Qiao, and Q. Niu, Phys. Rev. Lett. 124, 166804 (2020).
  33. Y.-J. Lin, K. Jiménez-García, and I. B. Spielman, Nature 471, 83 (2011).
  34. V. Galitski and I. B. Spielman, Nature 494, 49 (2013).
  35. X.-J. Liu, K. T. Law, and T. K. Ng, Phys. Rev. Lett. 112, 086401 (2014).
  36. E. Prodan, Phys. Rev. B 80, 125327 (2009).
  37. T. Fukui, Y. Hatsugai, and H. Suzuki, Journal of the Physical Society of Japan 74, 1674 (2005).
  38. J. Hou, Y.-J. Wu, and C. Zhang, Phys. Rev. B 103, 205110 (2021).

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We found no open problems mentioned in this paper.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 2 tweets with 44 likes about this paper.

Sign Up for Free