手征磁序的拓扑霍尔效应

发布时间：2021-07-08 21:44

　　量子物质的拓扑激发是凝聚态物理近年来广泛关注的重要课题。电子系统中的拓扑量子态已经获得理论研究的深入探讨,并得到了相应实验的定量观测。通过霍尔效应实现了对电子能带结构拓扑性质的精确刻画,发现其与整个布里渊区的Berry曲率紧密相关。原则上,拓扑能带的物理概念与（准）粒子的统计性质无关。因此,对拓扑型激发的寻找可以拓展到中性玻色系统中,例如磁振子体系。本论文中,我们首先简单回顾了磁性绝缘体中磁振子拓扑性质研究的现状,并且确认这些霍尔型效应对应于时间反演对称性（潜在）破缺的磁振子陈绝缘体。对于铁磁体,标量自旋手征（scalar spin chirality）以ring-exchange的形式出现,为磁振子的运动提供了虚磁场。基于线性响应理论,热霍尔电导与Berry曲率之间密切的关系被严格证明。另一方面,对于诸如阻挫Kagome结构的反铁磁系统,通常认为非共面的自旋构型具有非零的平均标量自旋手征,从而在宏观上破坏了体系的时间反演对称性,引起非平庸的磁振子拓扑态并导致霍尔效应。细致的分析表明,不同于铁磁系统,现有的理论关于自旋手征对反铁磁绝缘体中霍尔效应的作用在许多方面是令人费解,也是自相矛盾... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

经典的霍尔效应装置

图 1-2: 整数量子霍尔效应。引自文献 [4]霍尔电阻为ρxy=2πe21νν∈Z 测定为一非常精确的整数，由于其精确性。另外2πe2被称为量子化电阻，甚至本身这，采用这一定义，ν 就精确的是一个整数。质的所谓“脏”系统中居然衍生出如此准确、背后必然存在某种对无序具有鲁棒性的物，我们采用现代的拓扑语言来直接了当的解论出发。现代的解释主要来自于 Thouless工作，通过 Kubo 公式（更一般的理论是线电导率和波函数整体的拓扑属性—TKNN

图 1-3: 量子自旋霍尔效应的螺旋边缘态图像，引自文献 [9]磁场，使得自旋为上的电子和自旋为下的电子分别感受到的磁而产生一对自旋方向和运动方向皆相反的运动，因此是螺旋性的旋与动量方向绑定的性质称为自旋动量锁定 (spin-momentum loc动方向相反的螺旋边缘态不会产生净的电流。它们固有的等效，所以并不破坏 TRS。这样的系统不会显现量子霍尔效应，但动使得整体有净的自旋流，所以称为量子自旋霍尔效应 [11–13]两个自旋分支系统可以被视作一对孪生的整数量子霍尔效应，亦霍尔效应！所以我们只需要去除其中一个分支就可以实现量子具体的办法是将量子自旋霍尔系统掺杂磁性材料来破坏掉时间得自旋相反的电子感受到的磁场不等，则自然就有非零的霍尔电]。是量子自旋霍尔效应的意义不仅仅在于它和量子反常霍尔效应加振奋人心的地方在于这样一个效应可以很自然地从二维推广到


本文编号：3272387