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缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

耿虎 计青山 张存喜 王瑞

缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

耿虎, 计青山, 张存喜, 王瑞
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  • 研究了缀饰格子中的量子自旋霍尔效应,模型中同时考虑了Rashba自旋轨道耦合和交换场的作用.缀饰格子具有简立方对称性,以零能平带和单狄拉克锥结构为主要特点.在缀饰格子中,不论是实现量子自旋霍尔效应还是量子反常霍尔效应,都需要一个不为零的内禀自旋轨道耦合作用来打开一个完全的体能隙,这与石墨烯等六角格子模型有着很大的不同.在交换场破坏了时间反演对称性的情况下,以自旋陈数为标志的量子自旋霍尔效应仍然能够存在,边缘态和极化率的相关结果也证明了这一结论.结果表明自旋陈数比z2拓扑数在表征量子自旋霍尔效应方面有着更广泛的适用范围,相应的结论为利用磁场控制量子自旋霍尔效应提出了一个理论模型和依据.
      通信作者: 王瑞, wangrui@zjou.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11304281,10547001)和浙江省自然科学基金(批准号:LY13D060002)资助的课题.
    [1]

    Klitzing K V, Dorda G, Pepper M 1980 Phys. Rev. Lett. 45 494

    [2]

    Tsui D C, Stormer H L, Gossard A C 1982 Phys. Rev. Lett. 48 1559

    [3]

    Kane C L, Mele E J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 226801

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    Konig M, Wiedmann S, Brune C, Roth A, Buthmann H, Molenkamp L W, Qi X L, Zhang S C 2007 Science 318 766

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    Gibertini M, Singha A, Pellegrini V, Polini M, Vignale G, Pinczuk A, Pfeiffer L N, West K W 2009 Phys. Rev. B 79 241406

    [42]

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    [43]

    Chosh P, Sau J D, Tewari S, Das Sarma S 2010 Phys. Rev. B 82 184525

    [44]

    Temari S, Sau J D 2012 Phys. Rev. Lett. 109 150408

  • [1]

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    [2]

    Tsui D C, Stormer H L, Gossard A C 1982 Phys. Rev. Lett. 48 1559

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    Temari S, Sau J D 2012 Phys. Rev. Lett. 109 150408

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-08
  • 修回日期:  2017-04-17
  • 刊出日期:  2017-06-05

缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

  • 1. 浙江海洋大学电子信息科学与工程系, 舟山 316022;
  • 2. 浙江海洋大学东海科学与技术学院, 舟山 316000
  • 通信作者: 王瑞, wangrui@zjou.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11304281,10547001)和浙江省自然科学基金(批准号:LY13D060002)资助的课题.

摘要: 研究了缀饰格子中的量子自旋霍尔效应,模型中同时考虑了Rashba自旋轨道耦合和交换场的作用.缀饰格子具有简立方对称性,以零能平带和单狄拉克锥结构为主要特点.在缀饰格子中,不论是实现量子自旋霍尔效应还是量子反常霍尔效应,都需要一个不为零的内禀自旋轨道耦合作用来打开一个完全的体能隙,这与石墨烯等六角格子模型有着很大的不同.在交换场破坏了时间反演对称性的情况下,以自旋陈数为标志的量子自旋霍尔效应仍然能够存在,边缘态和极化率的相关结果也证明了这一结论.结果表明自旋陈数比z2拓扑数在表征量子自旋霍尔效应方面有着更广泛的适用范围,相应的结论为利用磁场控制量子自旋霍尔效应提出了一个理论模型和依据.

English Abstract

参考文献 (44)

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