陈绝缘体莫比乌斯带中的量子输运

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自拓扑绝缘体理论提出以来,拓扑量子态和拓扑量子输运激发了很多人的研究兴趣,1988年F.M.D.Haldane在二维蜂窝格子添加交错磁通,获得两支具有拓扑性质的能带,当低能带被整数电子完全填充,高能带未占据,获得无朗道能级的整数量子霍尔态,这种满足时间反演对称性破缺的拓扑绝缘体称为陈绝缘体,由陈数(?)=±1标记。Haldane模型作反常霍尔效应原始模型被大量研究,特别是在石墨烯晶格的结构上采用不同的几何构型来获得新的物理特性。作为陈绝缘体,人们主要局限于能带、陈数、态密度等一些物理量的计算,而在输运性质方面的研究相对较少。但是,特殊性几何结构上的拓扑问题探讨已是近几年的发展趋势,所以,对于有限体系输运性质的探究充满了发展前景。本文我们在Haldane模型的基础上构造一个莫比乌斯带上的输运系统,并利用电导与陈数一一对应的特性,用更加详细的物理图像来理解材料的拓扑量子态和拓扑量子输运性质。对存在畴壁(Domain wall)系统研究中,我们发现,当导线包含畴壁时会得到与高陈数体系相同的输运效果。为了实现对量子器件输运性质的调控,我们分别对存在一条和三条畴壁的莫比乌斯带进行了详细的讨论。首先,在只有一条畴壁的莫比乌斯带中,我们在畴壁之间添加磁通,发现畴壁之间的跃迁系数可以诱导交替分布的边缘态。此外,针对量子器件的稳定性,我们探究了莫比乌斯带的尺寸对输运的影响,并且发现,当模型的宽度大于11倍晶格常数时,畴壁磁通将不对电导平台产生干扰。最后,在存在三条畴壁的莫比乌斯带研究中,我们找到了导线搭建的位置和包含畴壁的数量与霍尔平台的高度的关系,可以随意对霍尔电导平台的高度进行调控,在最基本的Haldane模型参数下达到与高陈数体系相同的输运效果。
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