拓扑绝缘体纳米器件自旋输运性质的研究

发布时间：2021-04-28 00:33

　　拓扑绝缘体是近年来发现的一类物质态,从拓扑绝缘体发现以来,得到众多研究者的广泛关注。目前,拓扑材料的研究主要集中在时间反演（TR）不变的拓扑绝缘体中。虽然拓扑绝缘体与普通绝缘体一样具有带隙,但由于强自旋轨道耦合作用,拓扑绝缘体在体能隙中存在拓扑保护的边缘态/表面态（二维/三维）,边缘态/表面态完全依赖于材料的体拓扑结构,其中的电子的输运无耗散、低热,且不受缺陷和杂质的影响,所以可以成为一种理想的传导材料。拓扑绝缘体的边缘/表面态不仅受到TR对称保护并且显示出狄拉克色散关系,与相对论狄拉克费米子物理相关,因此呈现出许多新奇的物理性质。随后的研究发现掺杂的拓扑绝缘体（量子自旋霍尔绝缘体）可以在不施加磁场的情况下引起拓扑量子相变,从而演变为量子反常霍尔绝缘体。近年来人们把拓扑绝缘体与近邻超导耦合,发现可以诱导出一种新的物质相-拓扑超导相,其边界处预言出新奇的Majorana费米子。另外拓扑绝缘体的研究与近年的研究热点如量子霍尔效应、量子反常霍尔效应、量子自旋霍尔效应的研究紧密相连,其基本特征为利用其体带隙间的边缘态的拓扑性质实现各种新奇的物理性质。综上所述,拓扑绝缘材料的研究已经成为众多凝聚... 

【文章来源】：河北师范大学河北省

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 拓扑绝缘体发展的历史背景
        1.1.1 整数量子霍尔效应
        1.1.2 从自旋霍尔效应到量子自旋霍尔效应与Z2拓扑结构
    1.2 拓扑绝缘体
        1.2.1 二维拓扑绝缘体
        1.2.2 三维拓扑绝缘体
    1.3 拓扑超导体
    1.4 本章小结
2 格点格林函数方法
    2.1 封闭体系的定态薛定谔方程及紧束缚哈密顿
        2.1.1 定态薛定谔方程
        2.1.2 一维体系紧束缚格点化的哈密顿及其能量色散关系
        2.1.3 二维体系紧束缚格点化哈密顿及其能量色散关系
        2.1.4 存在自旋轨道耦合的二维正方体系格点化的哈密顿
        2.1.5 量子反常霍尔绝缘体哈密顿的格点化
    2.2 开放体系所满足的薛定谔方程
        2.2.1 连接左电极的开放体系
        2.2.2 左右均连接电极的通道
    2.3 格林函数
    2.4 与格林函数相关的几个重要的物理量
        2.4.1 态密度与谱函数
        2.4.2 密度矩阵与电子数
        2.4.3 展宽函数
    2.5 谱函数、关联函数、展宽与开放体系薛定谔方程之间的关系
    2.6 量子输运中的电流与透射系数
    2.7 本章小结
3 无序对HgTe/CdTe异质节体态自旋霍尔电导的影响
    3.1 引言
    3.2 模型与理论
    3.3 结果与分析
    3.4 结论
    3.5 本章小结
4 二维拓扑超导异质结中的隧穿磁电阻
    4.1 引言
    4.2 模型与理论
    4.3 结果与分析
    4.4 结论
    4.5 本章小结
5 Anderson无序引起的平庸拓扑超导体中的拓扑量子相变
    5.1 引言
    5.2 模型与理论
    5.3 数值计算结果和讨论
    5.4 结论
    5.5 小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的科研成果清单



本文编号：3164447