自1982年發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)以來(lái),受拓?fù)浔Ｗo(hù)的導(dǎo)電邊緣態(tài)得到人們的廣泛關(guān)注,隨后與之相關(guān)的拓?fù)浣^緣體、拓?fù)涑瑢?dǎo)體、外爾半金屬和光子拓?fù)浣^緣體相繼被發(fā)現(xiàn)。其中一個(gè)有趣的方向就是尋找具有新奇拓?fù)湫再|(zhì)的物態(tài),例如,具有大拓?fù)鋽?shù)的物態(tài)。大拓?fù)鋽?shù)的物態(tài)具有更多的邊緣模式,這些邊緣模式可以有效地降低接觸電阻來(lái)改善某些拓?fù)潆娮悠骷男阅堋Ｔ诠庾泳w中,這些新奇的物態(tài)可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)反射的波導(dǎo)管、組合器以及單向光子回路。雖然理論研究表明一些固體物理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大拓?fù)鋽?shù)的物態(tài),但是由于固體系統(tǒng)內(nèi)部不同形式的自由度之間非常復(fù)雜的相互作用,實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)大拓?fù)鋽?shù)的物態(tài)仍然很困難。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)系統(tǒng)引入含時(shí)周期性調(diào)控外場(chǎng),常規(guī)絕緣體也可以表現(xiàn)出非平庸的拓?fù)湫再|(zhì),這一類(lèi)絕緣體被稱(chēng)為Floquet拓?fù)浣^緣體。通過(guò)某些周期調(diào)控手段,比如電磁場(chǎng)和周期性淬火,系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)和材料性能會(huì)被改變。除了在拓?fù)淦接沟慕^緣體中實(shí)現(xiàn)非平庸的拓?fù)湎?Floquet調(diào)控也可以誘導(dǎo)出一個(gè)等效的長(zhǎng)程相互作用并得到一些新奇的拓?fù)湮飸B(tài)。然而,這些方案在真實(shí)材料中仍然難以實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)冷原子系統(tǒng)中人工自旋軌道耦合的成功合成為在冷原子系統(tǒng)中仿真拓?fù)淞孔酉到y(tǒng)... 

【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同材料的電子填充態(tài)密度

圖1-2(a) 所示，給二維樣品施加一個(gè)電壓 ，在垂直樣品表面的磁場(chǎng)作用下，電子受到洛倫茲力而在 平面內(nèi)沿 的垂直方向運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)橫向電流。實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，橫向電流對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)為量子化的 [見(jiàn)圖1-3]，即(1.1)其中 和 分別為單位電荷和普朗克常數(shù)， 為朗道能級(jí)。除此之外，量子霍爾效應(yīng)還能產(chǎn)生一個(gè)手征的邊緣態(tài)。從經(jīng)典物理的角度來(lái)看，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下,位于樣品內(nèi)部的電子，會(huì)脫離原子的殼層，形成一個(gè)個(gè)封閉的電流回路；而在樣品邊界處的電子由于不能脫離樣品，因此無(wú)法形成這樣的電流回路，只能沿邊緣傳導(dǎo)，且此時(shí)兩個(gè)邊界處電子的傳導(dǎo)方向相反 (見(jiàn)圖1-2(b))。從能帶論的角度出發(fā)

由于電子存在自旋向上和自旋向下兩種狀態(tài)，因此其對(duì)應(yīng)的 會(huì)讓電子的簡(jiǎn)并能級(jí)發(fā)生分離。若自旋軌道耦合足夠大，那么某些價(jià)帶能級(jí)將會(huì)高于導(dǎo)帶能級(jí)，導(dǎo)致二者倒置，如圖1-4。此時(shí)，能級(jí)之間會(huì)發(fā)生一個(gè)閉合再打開(kāi)的過(guò)程，導(dǎo)致了兩種不同的拓?fù)鋮^(qū)分。雖然 Kane 和 Mele 預(yù)測(cè)石墨烯中會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但由于石墨烯內(nèi)部的自旋軌道耦合非常弱，以至于不能誘導(dǎo)能帶之間的倒置。隨后 Bervinig，Hughes 和張首晟預(yù)測(cè)在量子阱里會(huì)出現(xiàn)這種由自旋軌道耦合誘導(dǎo)的量子自旋霍爾效應(yīng) [1]，并在實(shí)驗(yàn)上確實(shí)觀測(cè)到了量子自旋霍爾效應(yīng) [33]。量子自旋霍爾效應(yīng)又被稱(chēng)為拓?fù)浣^緣體，這為凝聚態(tài)物理開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。1.4拓?fù)浣^緣體的前景拓?fù)浣^緣體憑借其獨(dú)特的現(xiàn)象，正不斷擴(kuò)展著凝聚態(tài)物理的研究范疇。而后拓?fù)涑瑢?dǎo)體 [35–41]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A brief review on one-dimensional topological insulators and superconductors[J]. Huai-Ming Guo.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(03)



本文編號(hào)：3329550