拓扑量子态中的非线性霍尔效应

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lcc2451
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
作为范式现象,霍尔效应家族激发了大量关于拓扑量子态的研究,极大地加深了我们对凝聚态物理学中对称性和拓扑的理解。在这些霍尔效应中,产生霍尔电压需要通过外部磁场或内部磁矩来破坏时间反演对称性。然而,近年来预言并得到实验证实的非线性霍尔效应表明,即使保留时间反演对称性,在交变电场的驱动下,霍尔型电流仍可以在一些非中心对称材料中以驱动电场的二阶响应的形式发生。这种非线性效应起源于电子能带结构的Berry曲率偶极子,预期可以在具有非平庸拓扑能带结构的拓扑量子态尤其是Weyl半金属体系中产生。本文分别研究具有理想Weyl点的HgTe这类非磁性拓扑体系以及反铁磁half-Heusler材料这类磁性拓扑体系中的非线性霍尔效应,具体内容安排如下:第一章和第二章介绍关于拓扑量子态的背景知识以及本文主要的研究方法。首先介绍了拓扑绝缘体、拓扑晶态绝缘体、Weyl半金属、Dirac半金属和节线半金属等的基本概念和新奇特性。然后着重介绍Berry曲率的概念,这对于理解拓扑量子态和非线性霍尔效应有着重要意义。第二章中介绍k·p模型以及基于不变量原理构造k·p哈密顿量的方法,并以本文主要涉及的Luttinger哈密顿量为具体示例。第三章详细介绍非线性霍尔效应的相关理论和实验。在理论部分,我们给出了基于Berry曲率偶极子张量的非线性霍尔系数表达式的推导过程,并讨论了晶体对称性对于非线性霍尔效应的限制。在实验部分,我们以双层WTe2为例说明了非线性霍尔效应的观测。第四章中,我们着重研究HgTe中应力调制的非线性霍尔效应。考虑到面内应力下的HgTe能够呈现多种拓扑量子态,其中包括在费米能级处没有共存平庸能带的理想Weyl相,我们提出将其作为观测Weyl半金属中非线性霍尔效应的候选材料。根据Berry曲率偶极子的数值计算,发现可以简单地通过面内应力调制其非线性霍尔效应的幅度。第五章中,我们把非线性霍尔效应扩展到一大类具有时间反演和分数平移的复合操作对称性的磁性材料中。虽然这类体系破坏了时间反演对称性,但由于这一复合对称性的存在,非线性霍尔效应仍然可以出现。考虑到反铁磁half-Heusler材料满足这一对称性要求同时又能呈现包括Dirac、Weyl、节线和三重简并点半金属相等丰富的拓扑量子态,我们将其作为具体示例。首先我们研究了不同反铁磁构型及其相应对称性下的Berry曲率偶极子张量的形式,并发现可以通过非线性霍尔响应行为来区分不同的反铁磁序。另外,基于有效模型的数值计算,发现Berry曲率偶极子在三重简并点半金属相中几乎消失,而在Weyl半金属相中相对较大。第六章,我们对本文做出总结并对非线性霍尔效应的研究提出展望。
其他文献
电化学发光(ECL)由于其具有低背景干扰、高灵敏度、线性范围宽和可控性高的优点,在临床诊断和生命分析领域得到广泛应用。ECL成像作为一类新兴的可视化技术,得益于其时空分辨和高通量的技术特点,在单颗粒分析、多靶标检测和细胞成像领域,均取得了重要进展。利用ECL成像技术可以更方便地揭示有关单颗粒电化学反应活性和细胞生命活动的相关信息。然而,绝大多数的ECL成像还是依赖于鲁米诺/H2O2和三(2,2’-
在过去的六十年间,硅基半导体互补场效应(CMOS)场效应晶体管沿着摩尔定律,朝着器件尺寸不断微缩、晶体管密度不断增加的方向快速发展,使得芯片运算速度越来越快,让人类充分享受着信息技术带来的便捷生活。如今,最新的硅基芯片已经容纳了几十亿个场效应晶体管,晶体管的尺寸发展到纳米维度。然而,随着晶体管尺寸的不断递减,短沟道效应带来的热功耗等问题越发严重,使得硅基集成电路产业的发展面临着巨大的挑战。对此,最
众包是指一个企业(或者组织)通过互联网把过去由内部员工执行的工作任务,以自由自愿的形式外包给非特定的大众,从而达到多边共赢。众包这一概念自2006年由Howe Jeff提出后,已经成功应用在人机交互、数据库、自然语言处理、机器学习和人工智能、信息检索、计算机理论等学科领域。总体而言,众包具有以下优点:寻找不同寻常的解决方案、减少管理成本、思维多样性、更快的问题解决方式、富集更多的用户数据等。上述这
为制备兼具刚性和韧性的环氧树脂,以烯丙基缩水甘油醚与1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为原料,通过硅氢加成反应制备1,3-双(3-环氧基丙基)四甲基二硅烷(EP-Si),并以EP-Si为增韧剂改性双酚A型环氧树脂(E-44)。利用核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TG)、动态机械性能分析仪(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机等方式对EP-Si和改性环氧树脂
学位
当前,大数据、人工智能技术催生出的大数据证据已经出现在庭审实践当中。尽管这种新的证据形式提高了事实认定者的认知水平,但同时也隐含着人为偏误与证据失真的证据风险,司法实践需要一套针对大数据证据的审查体系。大数据证据浸润在数据社会这一外部环境当中,同时又因机器学习的内部技术原理而呈现出以电子数据为表现形式、以专家证据为证据内核的证据属性。这决定了大数据证据的审查,一方面要根植于电子数据的规则传统进行证
背景:蛛网膜下腔出血(Subarachnoid hemorrhage,SAH)是神经外科重症疾病,具有高死亡率、高致残率的特点。动脉瘤破裂导致的SAH占到所有SAH患者的85%左右。近年来大量临床和动物研究表明,早期脑损伤(Early brain injury,EBI)是导致临床上SAH患者不良预后的主要原因,细胞凋亡、炎性反应、氧自由基损害、脑缺血、血脑屏障破坏以及钙超载等因素都参与了EBI的发
加氢脱硫催化剂被广泛应用于原油精炼过程中,每年生产量巨大。该催化剂在长期运行过程中,会出现中毒、老化、堵塞等问题导致其活性下降,无法满足运行要求,最终形成废催化剂,并纳入危险废物进行管理。而这些加氢脱硫废催化剂中含有大量的钼、钴等有价金属,如对其进行资源化回收利用,不但可以防止有价金属的流失浪费,又可以降低其对环境的污染,具有重要的环境和经济意义。本文针对钼、钴分离与回收过程中金属浸出难、选择性差
固体材料热传输性质的研究在基础科学与产业应用中都具有非常重要的意义。一方面,对于基础研究而言,光、电、热作为三种重要的能量、信息媒介,它们的传输性质受到了广泛的关注。其中固体材料光、电传输性质已经有了深入的探索。对热学研究而言,尽管理论研究工作发现了很多新奇的现象,但是实验上对于材料内部热流的有效操控仍十分有限。探索微观的热传输机理成为了重要的研究方向。另一方面,对于产业应用而言,对器件的热管理有
小学道德与法治历史题材教学普遍存在无法触动学生心灵,不能引起学生共鸣,对学生现实生活指引力度不够的问题。巧妙运用一种方法、合理使用二种资源、有意培养三种智慧,就能破解小学道德与法治历史题材教学的难点,让课堂与学生的心灵共起舞,合奏出历史的最强音,展现小学道德与法治历史题材教学独特的魅力。