超越旋波近似开放两带系统的霍尔电导

发布时间：2020-05-19 15:39

【摘要】：整数量子霍尔效应的发现在凝聚态物理学史上具有划时代的意义。Thouless,Kohmoto,Nightingale和Nijs最先解释了整数量子霍尔效应的拓扑机制,引进陈数的概念,给出量子霍尔电导的拓扑表示。量子霍尔态不破坏任何对称性,它需要用基态的拓扑性质来标识,在量子霍尔系统中存在拓扑不变量。近年来拓扑绝缘体备受关注,它是一种新型拓扑量子态,不同于普通的绝缘体,其表面态受到拓扑保护。线性响应理论在凝聚态物理和材料科学等方面有着广泛的应用,该理论中的Kubo公式可以用来计算系统对外界微扰的响应,而量子霍尔电导正是电流对外加电场线性响应的一种表达。现实的量子系统避免不了与环境相互作用,开放系统对外场的响应一般会不同于孤立系统。在本论文中,我们以两带系统为例,系统地研究了在量子化电磁场影响下的系统基态霍尔电导。考虑反旋项效应的存在,我们无差别对待系统和环境,不对环境态取迹,来推导开放两带系统的有效哈密顿量。我们求解了超越旋波近似下的系统基态,推导出开放两带系统基态的霍尔电导解析式。有了反旋项的修正,量子霍尔电导不能再用陈数或者陈数的加权求和来表达。简言之,开放两带系统不再具有拓扑不变量。我们将解析表达式应用到具体模型的霍尔电导计算中,讨论环境对量子霍尔电导的影响。计算结果表明了霍尔电导的相变点对环境具有鲁棒性,在开放两带系统中依旧存在拓扑相变。
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第一章 引 言应家族与量子霍尔效应霍尔效应是物理学中一个基本的电磁现象，它的发现对的意义。1879 年，美国的物理学家 Edwin H. Hall 观测，，如果对导体施加一个与电流方向垂直的磁场，那么沿体两端会有电压产生，这个现象被称为霍尔效应[1]。但谜。直到十几年后，电子的概念被正式提出，人们才逐的电荷受到洛伦兹力的作用，而导致电荷运动方向发生聚，形成了一个横向电压。这个产生的电压被称为霍尔比值则被称为霍尔电阻，用来衡量霍尔效应的大小。

子霍尔效应示意图 (选自文献[4]) 在强磁场条件下，样品内部的电在分立的朗道能级上，导致了体态绝缘，而边界上的电子被迫朝一个通道[5]。美籍华裔物理学家 Daniel C. Tusi 和他同事 H. L. St rmer 通
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O469

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 何珂;薛其坤;;拓扑量子材料与量子反常霍尔效应[J];材料研究学报;2015年03期

2 何珂;王亚愚;薛其坤;;拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应[J];科学通报;2014年35期

3 翁红明;戴希;方忠;;磁性拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应[J];物理学进展;2014年01期

4 余睿;翁红明;方忠;戴希;;从反常霍尔效应到量子反常霍尔效应[J];现代物理知识;2013年03期

5 沈顺清;;自旋电子学和自旋流[J];物理;2008年01期

6 朱红波,孙昌璞;量子微腔中原子束偏转与衍射的横向动量效应[J];中国科学(A辑);2000年10期

相关博士学位论文 前2条

1 王国祥;拓扑绝缘体及其性质的研究[D];东南大学;2016年

2 张议夫;二维拓扑系统中的拓扑不变量与纠缠[D];南京大学;2014年

本文编号：2671107