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磁场中的拓扑绝缘体边缘态性质  
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【英文篇名】 Edge mode of InAs/Ga Sb quantum spin hall insulator in magnetic field
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【作者】 王青; 盛利;
【英文作者】 Wang Qing; Sheng Li; National Laboratory of Solid State Microstructures and Department of Physics; Nanjing University; Center of Artificial Microstructure Science and Technology Innovation;
【作者单位】 南京大学物理系和固体微结构物理国家重点实验室; 人工微结构科学与技术协同创新中心;
【文献出处】 物理学报 , Acta Physica Sinica, 编辑部邮箱 2015年 09期  
期刊荣誉:中文核心期刊要目总览  ASPT来源刊  中国期刊方阵  CJFD收录刊
【中文关键词】 拓扑绝缘体; 量子自旋霍尔态; 朗道能级; 边缘态;
【英文关键词】 topological insulator; quantum spin hall effect; landau levels; edge state;
【摘要】 用数值方法研究了拓扑绝缘体薄膜体系在外加垂直磁场作用下其边缘态的性质.磁场的加入通过耦合k+e A,即Peierls势替换关系和该作用导致的Zeeman交换场体现在哈密顿量中.考虑窄条圆环状结构的二维InAs/GaSb/AlSb薄膜量子阱材料,当其处于拓扑非平庸状态,即量子自旋霍尔态时,会出现受时间反演对称性保护的两支简并边缘态,而在垂直磁场的作用下,时间反演对称性被破坏,这时能带将形成一条条的朗道能级,原来简并的两支边缘态也会分开到朗道能级谱线的两侧,从电子态密度的空间分布情况则可以看到边缘态分别局域在材料的两个边界.随着磁场的增大,位于同一边界上的不同自旋极化的边缘态将出现分离:一支仍然局域在边缘,另一支则随外加磁场的增加而有逐渐演化到材料内部的趋势.文中还计算了同一边界上的两支边缘态之间的散射,结果表明由于两个边缘态在空间发生分离,相互之间的散射被很大的压制,得到了其散射随磁场增加没有明显变化的结论,所以磁场并不会增强散射过程,也没有破坏体拓扑材料的性质,说明了量子自旋霍尔态在没有时间反演对称的情况下也可以有较强的稳定性.
【英文摘要】 The properties of the edge states in the topological insulator In As/Ga Sb/Al Sb quantum well in the presence of a perpendicular magnetic field are studied numerically. The effect of the magnetic field is included in our model by adding an on-site Zeeman term and a vector potential to the electron wave vector: k + e A. When the material is in the topologically nontrivial state, a pair of degenerate counter-propagating spin-polarized edge states exist in the bulk band gap on each edge of the sample, which ar...
【基金】 国家科技部重点基础研究发展计划(批准号:2015CB921202,2014CB921103); 国家自然科学基金(批准号:11225420)资助课题~~
【更新日期】 2015-06-03
【分类号】 O413
【正文快照】 1引言量子霍尔效应[1]是指二维电子气在低温强磁场中电子能谱形成分立的朗道能级,并且当电子费米能处于朗道能级之间的能隙中时,体系便会呈现量子化整数霍尔电导率的现象,这时在材料边缘也会存在手征的边缘态:电子在一个边的边缘只朝一个方向运动.手性边缘态提供了一个理想的导

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