《周期驅動的量子系統中的量子自旋霍爾態研究》是依託四川師範大學，由楊運友擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：周期驅動的量子系統中的量子自旋霍爾態研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊運友
- 依託單位：四川師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子自旋霍爾(QSH)態通常被認為是受時間反演對稱保護的。我們曾經的研究結果(PRL,107,066602(2011))表明，QSH態也存在於時間反演對稱破缺的量子系統中。一個值得探討的問題是，在周期驅動的量子系統中是否也有類似於QSH態的存在呢？本項目結合目前的研究現狀和申請人的積累，以期處於普通平凡相的時間反演對稱破缺的量子系統，在周期外場驅動下能誘導出受拓撲保護的QSH態。我們通過拓展不含時拓撲不變數來刻畫周期驅動系統不同的拓撲相。我們將進一步推廣耦合矩陣的方法，並將其用於計算含時的無序系統中的拓撲不變數。通過本項目研究，我們相信這將有助於人們重新認識QSH態，並為刻畫周期驅動的量子系統的拓撲性質提供一個有效工具。
結題摘要
近年來研究表明，在周期驅動的量子系統、拓撲絕緣體TI/d波超導體混合系統和磁性拓撲超導體中的新奇拓撲態可在拓撲量子計算上有潛在套用。在本項目中，我們構建了幾種時間反演對稱破缺的含時緊束縛格點模型，研究了Floquet系統中的自旋霍爾態、TI/d波超導體中的相變，以及在磁性拓撲超導體中實現Majorana零模。我們的研究結果表明：（1）在強自旋軌道耦合的周期驅動的二維量子系統中，有受拓撲保護且穩定的Floquet自旋霍爾態存在。該Floquet自旋霍爾態可通過外場強度、自旋軌道耦合強度和交換場共同調控。此外，該系統的拓撲特性可用拓撲Chern數進行刻畫。（2）通過調節外磁場、化學勢和自旋軌道耦合強度等參數，可使拓撲絕緣體TI/d波超導體的量子混合系統發生相變。每個拓撲相的邊緣態有不同的特性，對應的輸運特性也不同。進一步計算證實，系統處在強拓撲區（Chern數不等於零），即使考慮有無序存在，系統的邊緣態的拓撲特性仍然能良好地保持。（3）在二維的磁性拓撲超導體中，通過調節配對勢、磁性襯底臨近效應的強度以及自旋軌道耦合強度等參數，可以實現四個Majorana零能模態，它們分別出現在正方晶格樣品的四個角落。我們希望對Floquet 自旋霍爾態和拓撲超導中的Majorana零能模態的深入研究，可為拓撲量子計算的實現提供理論依據。
