拓扑绝缘体本科毕业论文

什么是拓扑绝缘体 简介拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”.这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。福种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料的体电子态的拓扑结构所决定，是由对称性所决定的，与表面的具体结构无关。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，它的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。性质 其体电子态为绝缘态，但是在其表面却有自旋相关的导电通道，这意味着拓扑绝缘体在自旋电子学有潜在的应用前景。另外，在一个超导体附近的拓扑绝缘体可以产生满足非阿贝尔（非对易）统计的激子——马拉约那费米子。由于非阿贝尔粒子的拓扑性质受对称性保护，不会由于微小扰动而使量子态退相干，从而导致导致计算错误，这使得拓扑绝缘体可以用于量子计算。 优点 拓扑绝缘体材料有着独特的优点：首先，这类材料是纯的化学相，非常稳定且容易合成；第二，这类材料表面态中只有一个狄拉克点存在，是最简单的强拓扑绝缘体，这种简单性为理论模型的研究提供了很好的平台；第三，也是非常吸引人的一点，该材料的体能隙是非常大的，特别是Bi2Se3，大约是电子伏（等价于3600K），远远超出室温能量尺度，这也意味着有可能实现室温低能耗的自旋电子器件。这些重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜力。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料，成为人们目前关注的重要焦点和难点。祝您快乐每一天！(*^__^*) 嘻嘻……！ 希望以上回答对楼主有帮助，如有疑问可继续追问，望五星采纳，这将鼓励我们更好的为其他网友解答，谢谢 用通俗的话说说什么是拓扑绝缘体？ 拓扑绝缘体是一种特殊的绝缘体，它的内部和普通的绝缘体一样，不导电，但是在表面，存在着电子跃迁到导带，使表面导电。内部不导电，外部导电。 拓扑绝缘体的介绍 按照导电性质的不同，材料可分为“导体”和“绝缘体”两大类；而更进一步，根据电子态的拓扑性质的不同，“绝缘体”和“导体”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。因而，拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样，是绝缘的，但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性（比如时间反演对称性）的前提下是稳定存在的，而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的，所以信息的传递可以通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷来传递。拓扑绝缘体的研究现状 拓扑绝缘体研究现状：第一代， HgTe量子井第二代， BiSb 合金第三代， Bi2Se3， Sb2Te3， Bi2Te3 等化合物从理论上说，拓扑绝缘体是由电荷的U(1)对称性以及时间反演对称性共同保护的拓扑态。只要U(1)对称性和时间反演对称性同时存在，拓扑绝缘体的边缘态就一定是非平庸的，并且，这样的边缘态绝对不能在有同样对称性的低维度系统中实现。在理论上人们已经意识到，其他的对称性同样可以保护类似的拓扑绝缘体（或者拓扑超导体，取决于对称性中是否包括电荷的U(1)对称性）。并且，从2009年以来，人们已经对没有相互作用的费米子系统的所有拓扑绝缘体或者拓扑超导体进行了成功分类。2011年以来，拓扑绝缘体的概念已经被拓展成为一个更为宽泛的概念：symmetry protected topological states. 目前，凝聚态理论物理学界已经对各个维度的玻色子系统中的symmery protected topological states进行了较为完整的分类。但是对于所有维度的有强相互作用的费米子系统中symmetry protected topological states的分类还没有最后完成。从现象上说，拓扑绝缘体有其他绝缘体所不具备的特殊性质。比如，根据理论预测，三维拓扑绝缘体与超导体的界面上的vortex core中将会形成零能majorana 费米子，这一特点有可能实现拓扑量子计算。 拓扑绝缘体kane和zhang谁的贡献大 扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文 学习拓扑绝缘体需要先学好那些科目？ dirac equation berry phase sec顶nd quantization gauge et al 哪位大牛进来科普一下拓扑绝缘体吧 照电子态结构的不同，传统意义上的材料被分为“金属”和“绝缘体”两大类。而拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完成不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”。这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。这种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，【拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料的体电子态的拓扑结构所决定，是由对称性所决定的，与表面的具体结构无关】。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，他的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。除此之外，【拓扑绝缘体的基本性质是由“量子力学”和“相对论”共同作用的结果，由于自旋轨道耦合耦合作用，在表面上会产生由时间反演对称性保护的无能隙的自旋分辨的表面电子态】。这种表面态形成一种无有效质量的二维电子气（与有效质量近似下的二维电子气完全不同：例如广泛使用的场效应晶体管中的二维电子气），它需要用狄拉克方程描述，而不能用薛定谔方程。正是由于这些迷人的重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜在。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料成为了人们目前关注的重要焦点和难点。 拓扑绝缘体波函数奇偶性怎么确定 扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。 首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文... 拓扑绝缘体的发现者可能获诺贝尔奖吗？ 什么情况 目前物理领域最前沿都在研究什么 凝聚态 一般来说主流的，占据物理学家中大多数的，都是属于凝聚态，研究内容主要但不限于固体材料，我所听闻比较多的研究是拓扑绝缘体 超导 量子霍尔效应 graphen 量子器件 半导体 纳米材料 等 这几年特别热门的应该是graphen和拓扑绝缘体。 高能物理 粒子物理之类的都应该归在这个方向吧 弦论什么的。 国内做高能物理理论的以做粒子物理唯象的比较多，就是不太研究引力，主要研究强弱电磁这三种相互作用，和对撞机实验结合。 不过杨老唱衰高能物理，因为现在的观测都符合理论，没有什么新东西了 量子信息 研究量子加密量子计算量子通讯等 此外因为要在材料上实现量子计算机，所以和凝聚态也有交叉。比如量子器件做量子计算机应该也可以算这个方向 又算凝聚态方向。 还有天体物理等等不太了解的方向

最近，北京大学物理学院量子材料科学中心谢心澄院士研究组与苏州大学物理科学与技术学院江华、陈垂针教授合作，对三维轴子绝缘体中无序诱导的相变和临界行为展开研究。他们发现了一种二维量子霍尔效应的相变普适类，并提出可以利用该相变在三维磁性拓扑绝缘体中探测轴子绝缘体态。2021年4月12日，该项工作以“轴子绝缘体中的临界行为和普适特征”（Critical Behavior and Universal Signature of an Axion Insulator State）为题，在线发表于《物理评论快报》（ Phys. Rev. Lett. 126, 156601）。 拓扑和对称性破缺在描述物相方面起到至关重要的作用。通过破坏三维拓扑绝缘体表面的时间反演对称性，可以产生一种新的拓扑物态——轴子绝缘体态。和普通绝缘体相比，轴子绝缘体拥有一些独特的电磁响应，例如量子化的拓扑磁电响应和半量子化的表面霍尔响应。因此，近年来，在铁磁-三维拓扑绝缘体异质结以及MnBi2Te4中寻找轴子绝缘体引起广泛关注。尽管最近有三个研究组分别报道了实验发现轴子绝缘体，但是其证据——轴子绝缘体表现出巨大的纵向电导和零的横向电导——与普通绝缘体是一致的。这导致实验上难以区分轴子绝缘体，亟需一种明确的判据来辨别。 无序系统的安德森相变具有一些典型的性质，例如临界指数等，它们往往只依赖于体系的空间维度、对称性等一般属性，而并不依赖于具体模型的细节。正是这种普适性，使得联合研究组在实验上广泛地研究磁性拓扑绝缘体中的安德森相变，发现了相关拓扑物态的独特的性质，并因此将探测轴子绝缘体聚焦于研究三维磁性拓扑绝缘体在无序下的金属-绝缘体相变行为。 (a) 轴子绝缘体的简单示意图；(b) 区域边界上的手性边缘态互相散射形成导电通道；(c) 无量纲局域化长度作为费米能的函数；(d) 单参数标度的数值拟合；(e) 无序轴子绝缘体的相图。 具体来说，在弱无序下，随着费米能级的提高，轴子绝缘体会经历一个二维的退局域化相变，变成一个安德森绝缘体；随着费米能级进一步提高，体系继续发生一个三维的绝缘体-金属相变，变为扩散金属。研究组提出一种唯象理论——将无序的轴子绝缘体的表面与Chalker-Coddington网格模型建立联系，用来解释这种二维相变及其普适类。同时，他们在反铁磁的MnBi2Te4中重复了以上结果，这表明这些结果是不依赖于模型的。因此，预测可以在铁磁-三维拓扑绝缘体异质结以及MnBi2Te4中观测到这种普适的二维相变行为，进而来探测轴子绝缘体。 北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士生李海龙为论文第一作者，谢心澄和陈垂针是论文的共同通讯作者，其他合作者还包括江华。上述工作得到国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导 科技 专项、江苏高校优势学科建设工程和江苏省自然科学基金等资助。