缺陷和雜質對拓撲絕緣體中量子輸運的影響

《缺陷和雜質對拓撲絕緣體中量子輸運的影響》是依託河北師範大學，由蘆傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：缺陷和雜質對拓撲絕緣體中量子輸運的影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蘆傑
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

近年來，拓撲絕緣體成為研究熱點。由於塊體上是絕緣態、同時具有金屬性的表面態或者邊界態，拓撲絕緣體不僅在擴展凝聚態基礎理論層面具有重要地位，在納米微器件套用方面也有重要意義。拓撲絕緣體的新穎的電子能態結構是由其中強烈的自旋-軌道耦合作用所導致。在其金屬性的表面態或者邊界態中，電子自旋與動量強烈地耦合在一起。因此介觀尺度的拓撲絕緣體的量子輸運將涉及電荷輸運以及自旋輸運過程。另一方面，缺陷和雜質在實際材料中不可避免。研究這些不均勻性對拓撲絕緣體的能態結構進而量子輸運性質的影響，不僅能夠加深對凝聚態基礎理論的理解，更有助於基於拓撲絕緣體的納米器件的開發和套用。

結題摘要

各類無序對拓撲絕緣體的電學性質進而輸運性質具有極其重要的影響。已有的結果顯示，單個缺陷或者非磁性雜質在二維和三維拓撲絕緣體中均可以誘導出拓撲非平庸的束縛態。在實際的拓撲絕緣體材料中，缺陷和雜質等無序的存在不可避免。當其濃度達到臨界值時，處於一側邊界上的邊界態中的電子將可以通過量子滲流過程進入另一側上的邊界態，形成背散射，從而破壞拓撲非平庸態，引起其向一般絕緣態的量子相變。我們在傳統的研究非自旋極化情形的Challker-Coddington的隨即格線模型中，引入了自旋自由度，將其拓展成為研究二維自旋霍爾（即二維拓撲絕緣體）體系中量子相變的有力工具。我們改進了自旋軌道耦合效應的引入方式，更加完善地考慮了其對散射矩陣乃至傳輸矩陣的影響。另一方面，我們也考慮了磁性雜質的散射，並包含進了我們的新的模型。我們系統地構建了基於此新模型的算法和程式。初步結果顯示，中間金屬相的確存在，且範圍更廣。由於進行量子相變中相關的臨界行為（主要是臨界指數）的計算需要較為大規模的計算機時，我們的其他主要結果仍舊處於計算和整理之中。