Generic helical edge states due to Rashba spin-orbit coupling in a topological insulator

We study the helical edge states of a two-dimensional topological insulator without axial spin symmetry due to the Rashba spin-orbit interaction. Lack of axial spin symmetry can lead to so-called generic helical edge states, which have energy-dependent spin orientation. This opens the possibility of inelastic backscattering and thereby nonquantized transport. Here we find analytically the new dispersion relations and the energy dependent spin orientation of the generic helical edge states in the presence of Rashba spin-orbit coupling within the Bernevig-Hughes-Zhang model, for both a single isolated edge and for a finite width ribbon. In the single-edge case, we analytically quantify the energy dependence of the spin orientation, which turns out to be weak for a realistic HgTe quantum well. Nevertheless, finite size effects combined with Rashba spin-orbit coupling result in two avoided crossings in the energy dispersions, where the spin orientation variation of the edge states is very significantly increased for realistic parameters. Finally, our analytical results are found to compare well to a numerical tight-binding regularization of the model.

Homogenization of elliptic problems in thin domains with oscillatory boundaries

Los dominios finos, es decir, dominios sustancialmente más pequeños en alguna o varias de sus direcciones que en el resto, aparecen en muchos campos de la ciencia. Por ejemplo, dinámica de fluídos (lubricación, conducción de fluídos en tubos delgados, dinámica de oceanos...), mecánica de sólidos (barras delgadas, placas o cáscaras) o incluso en fisiología (circulación de la sangre). Así, el amplio número de posibles aplicaciones a situaciones reales ha hecho que la investigación de modelos de ecuaciones en derivadas parciales en dominios finos se convierta en un tema muy estudiado en los últimos años. Desde un punto de vista matemático, el estudio de las soluciones de una EDP en un dominio fino es un caso particular de la cuestión general relativa a cómo la variación de los dominios afecta al comportamiento de las soluciones de la EDP. En este marco, obtener la ecuación límite del modelo considerado, comparar la solución de la ecuación límite y las soluciones del problema en el dominio fino, analizar los coeficientes de la ecuación límite y comprender cómo la geometría del dominio afecta a la ecuación límite son algunos de los objetivos que deberían ser alcanzados. De hecho, es importante señalar que este tipo de cuestiones no sólo proporcionan importantes resultados teóricos sino que son muy relevantes desde el punto de vista de las aplicaciones. Por ejemplo, ser capaz de reducir el problema original a un problema mucho más sencillo, problema límite, que refleje las principales características del problema de partida puede ser muy útil para ingenieros y físicos...

Automorphism groups of non-orientable elliptic-hyperelliptic Klein surfaces with boundary

A classical study about Klein and Riemann surfaces consists in determining their groups of automorphisms. This problem is very difficult in general,and it has been solved for particular families of surfaces or for fixed topological types. In this paper, we calculate the automorphism groups of non-orientable bordered elliptic-hyperelliptic Klein surfaces of algebraic genus p> 5.