【摘 要】
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本文介绍了我们在低对称Dirac赝自旋系统下基于线性响应理论利用格林函数方法对电流诱导自旋极化理论研究的过程。文中对Dirac材料体系做了广泛的调研,介绍了Dirac赝自旋系统输运过程的主要理论背景和具体研究的内容,包括Dirac材料体系的发展现状、重要的理论细节以及Edelstein效应到目前主要的学术进展等。除此之外,我们还在文中给出了研究过程的主要理论方法和求解具体理论模型的思路,着重介绍了
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本文介绍了我们在低对称Dirac赝自旋系统下基于线性响应理论利用格林函数方法对电流诱导自旋极化理论研究的过程。文中对Dirac材料体系做了广泛的调研,介绍了Dirac赝自旋系统输运过程的主要理论背景和具体研究的内容,包括Dirac材料体系的发展现状、重要的理论细节以及Edelstein效应到目前主要的学术进展等。除此之外,我们还在文中给出了研究过程的主要理论方法和求解具体理论模型的思路,着重介绍了线性响应理论中最为重要的Kubo公式的内容,详细梳理了格林函数法在多体物理研究中的理论形式、规则方法以及具体应用的过程。并基于松原格林函数方法利用Kubo公式给出了研究平衡态输运理论的主要内容,其中包括传统Edelstein效应的理论内容和物理图像。我们在低对称Dirac赝自旋系统中提出了一种基于广义自旋轨道耦合作用的新类型Edelstein效应的作用机制,并根据解析的过程显示了在该系统中用实验检验这种新类型Edelstein效应的可能性,说明了Dirac赝自旋体系在不同低对称条件下可能存在不同赝自旋-自旋耦合机制的电流诱导自旋极化。文中我们首先介绍了基于Rashba自旋轨道耦合模型所描述的传统Edelstein效应的结果,为描述在新体系中理论模型所描述的物理图像奠定了研究基础。我们也因此突破了关于研究目标和研究方向选定上的局限,把思路和视角放在更为前沿的Dirac材料体系。我们介绍了Dirac拓扑材料体系的拓扑不变量和理论模型,包括拓扑绝缘体、Dirac半金属和Weyl半金属等具有奇异输运性质的材料系统,并基于Berry理论从实际物理背景出发对拓扑材料体系中有关拓扑分类的Chern数和Z2拓扑不变量等拓扑概念做了一定的介绍。结合拓扑绝缘体和拓扑半金属的理论模型更为深入地探究了拓扑理论在Dirac材料体系的应用形式。在应用输运理论研究方法的过程中,我们引入了线性响应理论的核心内容,利用费曼图自能展开方法的理论优势,纳入了松原格林函数的理论方法和技术。在考虑零温直流极限的条件下我们对复杂Dirac赝自旋模型的电流诱导自旋极化形式做了很大程度上的简化操作,通过系统地求解过程给出了该模型电流诱导自旋极化解析的形式。本文还讨论和展望了在更为奇异的体系中更多新模式新机制的Edelstein效应存在的可能,对轨道Edelstein效应和光诱导下非线性Edelstein效应做了基本的描述和介绍。我们在1T′-WTe2单层体系系统地研究了外电场下的自旋极化。传统的Edelstein效应描述的是在外加电场下有效磁场导致一个自旋Zeeman项,从而诱导产生自旋极化的现象。本文提出了一种新类型的Edelstein效应的作用机制。和传统Edelstein效应不同的是,新类型的Edelstein效应并不是直接来源于有效磁场的作用,而是通过有效磁场诱导一个广义自旋极化,由广义自旋和真实自旋的耦合间接诱导出一个真实自旋的自旋极化。虽然新类型的Edelstein效应涉及两个过程,但是仍然可以和传统的Edelstein效应所产生的自旋极化的强度具有相同的量级。除了解析计算的部分,我们仍然针对这个新类型的电流诱导自旋极化在1T′-WTe2单层做了相应数值计算,数值结果同解析过程给出的结论符合得很好。另外,为了进一步证明我们的结论,我们还对该体系的晶体多谷模型做了相应的数值分析,在这个过程中处理了其中的理论细节,晶体多谷模型的数值结果仍然支持我们解析的结论,给出了和连续模型数值计算一致的结果。我们的研究拓展了Edelstein效应在拓扑材料体系的理论内容,对Dirac赝自旋体系下Edelstein效应的潜在应用给出了一定的理论指导。我们的发现将有助于研究者更加深入地理解Dirac赝自旋系统下的Edelstein效应。
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