【摘要】拓扑绝缘体是新近发现的一种新的物质量子态。它的体态是有能隙的绝缘态,而表面是强的自旋-轨道耦合所诱导的非简并的金属态。这种表面态受时间反演不变性的保护,不会被杂质所散射,因此电子传输是无能耗的。基于表面态的这种奇异的性质,拓扑绝缘体在自旋电子学和量子计算机等方面有着很大的应用潜力。硒化铋是一种之前被用于热电应用的半导体材料,由于其简单的能带结构,远大于室温能量涨落的体带隙,近年来被认为是最 […]

【摘要】碲化铋基合金(Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3)是一类非常重要的热电材料,一直受到广泛的研究。近几年,碲化铋又被发现是一种三维的拓扑绝缘体材料,更是引起了人们强烈的关注。拓扑绝缘体的材料内部不导电,呈现绝缘体材料的特性；材料表面电子可以自由移动,具有金属的导电性能。碲化铋基纳米片(Bi2Te3,Bi2Se3,Sb2Te3)被证实表面有良好的拓扑绝缘性能,是物理学研究的理想平台,因而 […]

【摘要】石墨烯表现出来的优异的物理和化学性质,如高电子迁移率、高热导率、常温霍尔效应、无质量的狄拉克费米子等,使其在众多领域都拥有巨大的应用前景。而随着石墨烯的广泛研究,石墨烯纳米带也很快地进入了人们的视野。石墨烯纳米带已经被发现具有很多优越的性质,如带隙调控、半金属等,相比锯齿型石墨烯纳米带,扶手椅型石墨烯纳米带因缺乏磁性以及费米能级附近的边缘态而相对研究较少,但一些理论研究表明,相比锯齿型石墨 […]

【摘要】拓扑绝缘体是一种新奇的物质态,它们的体内与普通绝缘体一样存在能隙,但是边界或者表面存在无能隙的边缘态或者表面态,这是由其能带结构的非平庸的拓扑性质所决定的。该物质态可以通过拓扑不变量来刻画。不同的拓扑不变量描述不同的拓扑有序态。拓扑不变量在拓扑量子相变时会发生改变,可以作为刻画拓扑量子相变的一种方式。目前,人们正在发掘更多的刻画方式来研究拓扑量子相变。由于奇异的物理性质,拓扑绝缘体受到了人 […]

【摘要】拓扑绝缘体和拓扑超导体等拓扑材料是当今凝聚态物理最热门的课题之一。拓扑绝缘体的体态是有绝缘能隙的,边缘态或表面态是无能隙的。拓扑超导体的体态是有超导能隙的,表面态是无能隙的,在拓扑超导体的表面或涡旋上支持Majorana费米子。由于这些迷人和奇异的特性,在拓扑材料和其他材料界面上会出现许多有趣的现象,这也是本论文研究的课题。本论文主要包括以下四章内容。在第一章,我们介绍拓扑材料的基本概念和 […]

【摘要】近几年，随着拓扑绝缘体的研究与发展，传统的Bi2Se3类和Hg1-xCdxTe类材料再次成为关注的焦点。实验中生长的材料都不可避免地引入缺陷与杂质，影响材料的物理、化学、机械和电子特性。例如：Hg1-xCdxTe中的阳离子空位使材料呈现出p型特征；而Bi2Se3材料由于生长过程中引入的替位和空位等本征缺陷表现为n型特征。更有意义的是，通过外来原子的掺杂，这些材料都可以发生n-to-p或p- […]

【摘要】拓扑绝缘体由于具有很多奇异的量子特性，近年来已成为物理学的研究热点及前沿之一。对拓扑绝缘体的深入研究对于实现电子输运的反弱局域化效应、反常量子霍尔效应、拓扑磁电效应、磁单极子、Majorana费米子与拓扑超导体等奇特性质有很大的帮助。因此被认为在自旋电子学、低能耗自旋电子器件、容错量子通信、量子计算等方面有着重要的意义和广泛的、潜在的应用前景。由于拓扑绝缘体(TI)这些奇异的物理性质和潜在 […]

【摘要】近年来纳米技术作为产业革命主导技术已成为全世界的共识。进入21世纪,各国都把发展纳米技术作为未来政治、经济领域中最具有挑战性的关键技术之一近几年,随着电子器件的进一步小型化与亚微米甚至纳米技术的发展,一个跨越半导体和磁性材料的全新研究领域已成雏形,这个全新的领域称之为自旋电子学。以自旋电子学为基础的新型器件如高密度非易失性存储器、磁传感器、电隔离器等已经开始应用,正在研制的自旋晶体管和自旋 […]