本文選題：拓?fù)浣^緣體 + 拓?fù)涑瑢?dǎo)體�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：拓?fù)涓拍钤谀蹜B(tài)物理中的引入取得了巨大的成功,它豐富了我們對(duì)各種量子相的理解,超越了朗道自發(fā)對(duì)稱破缺的范疇。在這條通往豐富多彩拓?fù)涫澜绲牡缆飞?拓?fù)涓拍畋挥糜诟鞣N量子材料的拓?fù)浞诸?包括絕緣體、金屬、超導(dǎo)體、以及玻色體系等等。例如,拓?fù)浞瞧接沟慕^緣體是一類體態(tài)絕緣而表面或邊緣具有受到拓?fù)浔Ｗo(hù)的金屬態(tài)的電子材料。與拓?fù)浣^緣體類似,拓?fù)涑瑢?dǎo)體是一類體態(tài)擁有全能隙而表面態(tài)是受粒子-空穴對(duì)稱性保護(hù)的馬約納拉費(fèi)米模的超導(dǎo)材料。在此基礎(chǔ)上,拓?fù)涑瑢?dǎo)體被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)并操控馬約納拉費(fèi)米子的理想平臺(tái)。馬約納拉費(fèi)米子是它自身的反粒子,服從非阿貝爾量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律,并且被提議用來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)拓?fù)淞孔佑?jì)算。近年來,大量的理論和實(shí)驗(yàn)工作致力于在實(shí)際材料中找到馬約納拉費(fèi)米子存在的充分證據(jù)。盡管該領(lǐng)域的研究不斷取得進(jìn)展,但離最終實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算依舊有漫長(zhǎng)的道路要走。在本論文中,我們圍繞拓?fù)涑瑢?dǎo)的微觀模型及其在具體材料體系中的實(shí)現(xiàn)展開一系列的理論與計(jì)算研究。本文的結(jié)構(gòu)如下:第一章,我們簡(jiǎn)要介紹拓?fù)涓拍钤谀蹜B(tài)物理中的發(fā)展,主要集中在拓?fù)浣^緣體和拓?fù)涑瑢?dǎo)體。另外,在這一章的結(jié)尾,我們提供了絕緣體和超導(dǎo)體按照對(duì)稱性進(jìn)行拓?fù)浞诸惖谋�。第二章介紹我們?cè)谕負(fù)浣^緣體和超導(dǎo)體界面中引入磁性雜質(zhì)的相關(guān)研究工作。之前的一系列研究表明拓?fù)浣^緣體和s-波超導(dǎo)體的界面具有類似于無自旋的p-波超導(dǎo)體的特性。具體表現(xiàn)為在該界面中的一個(gè)量子磁通渦旋可以束縛一個(gè)馬約納拉費(fèi)米子,以及界面的邊緣存在馬約納拉邊緣態(tài)。在本章工作中,我們發(fā)現(xiàn)在拓?fù)浣^緣體和超導(dǎo)體的界面中引入單個(gè)的磁性雜質(zhì)會(huì)在超導(dǎo)能隙中引導(dǎo)出Yu-Shiba態(tài)。當(dāng)引入大量磁性雜質(zhì)時(shí),Yu-Shiba態(tài)會(huì)展寬成雜質(zhì)能帶。但是,當(dāng)磁性雜質(zhì)的濃度低于10%的時(shí)候,超導(dǎo)能隙不會(huì)被雜質(zhì)能帶關(guān)閉。接下來,我們研究?jī)蓚�(gè)磁性雜質(zhì)在該界面中的RKKY相互作用,理論計(jì)算表明隨著超導(dǎo)能隙的增加RKKY相互作用的振蕩幅值和周期將會(huì)逐漸受到壓制。由于短程鐵磁和長(zhǎng)程反鐵磁相互補(bǔ)償,在平均場(chǎng)理論近似下的鐵磁居里溫度并不會(huì)隨著超導(dǎo)能隙的改變而發(fā)生顯著變化。由于低溫下超導(dǎo)性和鐵磁性同時(shí)存在,因此可以在該界面中實(shí)現(xiàn)手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體�？紤]到界面體系不方便直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探測(cè),第三章,我們研究二維Rashba自旋軌道耦合的超導(dǎo)體中無序誘導(dǎo)的拓?fù)湎嘧�。我們發(fā)現(xiàn)磁性無序可以將一個(gè)拓?fù)淦接沟某瑢?dǎo)體轉(zhuǎn)變成拓?fù)浞瞧接沟某瑢?dǎo)體,這種轉(zhuǎn)變伴隨著超導(dǎo)能隙的關(guān)閉和重開。在拓?fù)浞瞧接钩瑢?dǎo)體中引入安德森無序時(shí),盡管其超導(dǎo)性不會(huì)受到影響,但其拓?fù)湫詫?huì)被破壞。我們計(jì)算了不同類型以及不同程度摻雜情況下該體系的拓?fù)洳蛔兞?進(jìn)一步證實(shí)了無序誘導(dǎo)的拓?fù)湎嘧�。另�?我們討論了本章的研究結(jié)果和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的聯(lián)系目前,絕大部分實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體的方案都是基于近鄰效應(yīng),因此將超導(dǎo)性和拓?fù)湫越Y(jié)合在簡(jiǎn)單的單一材料中具有很重要的研究意義。第四章,我們研究了拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)在單層合金材料Pb3Bi中實(shí)現(xiàn)的可能。首先,我們計(jì)算了 Pb3Bi生長(zhǎng)在Ge(111)襯底上的能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)了巨大的Rashba劈裂。更重要的是,我們的計(jì)算表明在第一布里淵區(qū)中費(fèi)米面以下100毫電子伏特處存在6個(gè)鞍點(diǎn),直接導(dǎo)致了態(tài)密度上出現(xiàn)第二類范霍夫奇點(diǎn)。該體系的費(fèi)米面可以通過摻雜或者外加?xùn)艍簛碚{(diào)節(jié)�；谥卣旱姆治�,我們發(fā)現(xiàn)在足夠低的溫度下該體系會(huì)發(fā)生超導(dǎo)相變。進(jìn)一步研究表明,超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性只可能是f-波或者簡(jiǎn)并的p-波,這取決于該材料的具體參數(shù)。在本章的結(jié)尾,我們討論了在該材料中實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體態(tài)的可能性。第五章,我們對(duì)本論文作出一個(gè)簡(jiǎn)短的總結(jié)與展望。
[Abstract]:In this paper , we find out that the topological concept is the ideal platform to realize fault - tolerant topological quantum computation . In this paper , we find that the topological insulator and the s - wave superconductor have the characteristics of topology classification . In recent years , we have found that the topological insulator and the s - wave superconductor have a long way to go . In this chapter , we have found that the topological insulator and the s - wave superconductor have a very long way to go . In this chapter , we find that the superconducting energy gap can not be closed by the impurity band when the concentration of the magnetic impurities is below 10 % . We have found that the superconducting phase transition occurs at a sufficiently low temperature . Further research shows that the superconducting pairing symmetry can only be an f - wave or a degenerate p - wave , depending on the specific parameters of the material . In the end of this chapter , we discuss the possibility of implementing the topological superconductor state in this material . In chapter V , we make a brief summary and prospect for this paper .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O511.3;O469

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本文編號(hào)：1739124