【摘 要】
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拓扑绝缘体研究是现代凝聚态物理研究的一个焦点,其无论在基础物理研究还是无能耗自旋电子器件设计方面都具有举足轻重的地位。本论文主要采用非平衡格林函数方法研究了拓扑
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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拓扑绝缘体研究是现代凝聚态物理研究的一个焦点,其无论在基础物理研究还是无能耗自旋电子器件设计方面都具有举足轻重的地位。本论文主要采用非平衡格林函数方法研究了拓扑绝缘体在存在无序和退相干下的输运性质。具体研究内容包括以下两点:
(1)我们研究了无序对HgTe/CdTe半导体量子阱输运性质的影响。我们发现当无序强度增大至一定程度时,体系两端口电导发生一种由于无序引起的量子化转变,系统进入“拓扑安德森绝缘态”。我们用数值方法研究了不同无序下样品局域电流空间分布。通过该图像,我们直接解释了量子自旋霍尔效应和拓扑安德森绝缘体体系由无序引起的各种现象,并进一步理解了在“拓扑安德森绝缘体”中无序引发helical边缘态的构成机制。
(2)我们研究了退相干对量子自旋霍尔效应的影响。我们把退相干分成两类来考虑:一类是普通退相干,即载流子仅仅丢失位相记忆,但保留自旋记忆；另一类是自旋退相干,即载流子既丢失位相记忆也丢失自旋记忆。我们的研究发现:普通退相干对量子自旋霍尔效应几乎没有影响,但自旋退相干急剧影响量子自旋霍尔效应,破坏纵向电阻的量子化；而且纵向电阻随样品长度线性增加而基本上不依赖于样品宽度的变化。由于在实验体系中,或多或少存在自旋退相干,使得纵向量子化电导平台只能在介观尺度被观测到,这很好的解说了最近的实验观测结果。另外,我们还引入了一个新的物理量,即自旋霍尔电阻,并发现该自旋霍尔电阻也能表现出量子化平台的特性。特别是,该自旋霍尔电阻的量子化平台对两种类型的退相干都不敏感。也就是说这量子化平台在宏观样品中也能被观测到,所以它能全面反映量子自旋霍尔效应的拓扑特性。
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