自1982年發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應以來,受拓撲保護的導電邊緣態(tài)得到人們的廣泛關(guān)注,隨后與之相關(guān)的拓撲絕緣體、拓撲超導體、外爾半金屬和光子拓撲絕緣體相繼被發(fā)現(xiàn)。其中一個有趣的方向就是尋找具有新奇拓撲性質(zhì)的物態(tài),例如,具有大拓撲數(shù)的物態(tài)。大拓撲數(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改善某些拓撲電子器件的性能。在光子晶體中,這些新奇的物態(tài)可以被用來實現(xiàn)無反射的波導管、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)可以實現(xiàn)大拓撲數(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雜的相互作用,實驗實現(xiàn)大拓撲數(shù)的物態(tài)仍然很困難。研究發(fā)現(xiàn),對系統(tǒng)引入含時周期性調(diào)控外場,常規(guī)絕緣體也可以表現(xiàn)出非平庸的拓撲性質(zhì),這一類絕緣體被稱為Floquet拓撲絕緣體。通過某些周期調(diào)控手段,比如電磁場和周期性淬火,系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)和材料性能會被改變。除了在拓撲平庸的絕緣體中實現(xiàn)非平庸的拓撲相,Floquet調(diào)控也可以誘導出一個等效的長程相互作用并得到一些新奇的拓撲物態(tài)。然而,這些方案在真實材料中仍然難以實現(xiàn)。近年來冷原子系統(tǒng)中人工自旋軌道耦合的成功合成為在冷原子系統(tǒng)中仿真拓撲量子系統(tǒng)... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：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電壓 ，在垂直樣品表面的磁場作用下，電子受到洛倫茲力而在 平面內(nèi)沿 的垂直方向運動，形成了一個橫向電流。實驗測量發(fā)現(xiàn)，橫向電流對應的電導為量子化的 [見圖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。除此之外，量子霍爾效應還能產(chǎn)生一個手征的邊緣態(tài)。從經(jīng)典物理的角度來看，在強磁場的作用下,位于樣品內(nèi)部的電子，會脫離原子的殼層，形成一個個封閉的電流回路；而在樣品邊界處的電子由于不能脫離樣品，因此無法形成這樣的電流回路，只能沿邊緣傳導，且此時兩個邊界處電子的傳導方向相反 (見圖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)，因此其對應的 會讓電子的簡并能級發(fā)生分離。若自旋軌道耦合足夠大，那么某些價帶能級將會高于導帶能級，導致二者倒置，如圖1-4。此時，能級之間會發(fā)生一個閉合再打開的過程，導致了兩種不同的拓撲區(qū)分。雖然 Kane 和 Mele 預測石墨烯中會出現(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，以至于不能誘導能帶之間的倒置。隨后 Bervinig，Hughes 和張首晟預測在量子阱里會出現(xiàn)這種由自旋軌道耦合誘導的量子自旋霍爾效應 [1]，并在實驗上確實觀測到了量子自旋霍爾效應 [33]。量子自旋霍爾效應又被稱為拓撲絕緣體，這為凝聚態(tài)物理開辟了一個新的領(lǐng)域。1.4拓撲絕緣體的前景拓撲絕緣體憑借其獨特的現(xiàn)象，正不斷擴展著凝聚態(tài)物理的研究范疇。而后拓撲超導體 [35–41]

【參考文獻】：
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：3329550