強拓撲絕緣體表面-邊緣態(tài)電子輸運性質的電磁調控.pdf

1、拓撲絕緣體是一類非常奇特的物質相，這類材料最直觀的特點就是它們的體態(tài)具有能隙，而由于非平庸的能帶拓撲，其表面和邊界卻是受拓撲保護的穩(wěn)定金屬態(tài)。拓撲絕緣體中涉及許多重要的物理現(xiàn)象和物理機制，有著廣闊的應用前景。因此，這類材料自發(fā)現(xiàn)以來，便迅速成為凝聚態(tài)物理和半導體器件物理領域的爆炸性研究熱點。本碩士學位論文在介紹拓撲絕緣體相關量子效應及其研究進展的基礎之上，圍繞強拓撲絕緣體表面／邊緣態(tài)電子輸運性質的電磁調控展開研究，其主要包含以下三方面。

2、
　　(1)利用非平衡格林函數(shù)法和Landauer-Buttiker公式，研究兩鐵磁電極間強拓撲絕緣體HgTe／CdTe量子阱邊緣態(tài)狄拉克電子自旋依賴的態(tài)密度、電導率、自旋極化率、自旋選擇效率以及隧穿磁阻效應。通過對自旋依賴的態(tài)密度進行分析，理論上預測到～80％極化的邊緣態(tài)。通過對自旋依賴的電導率的分析，自旋向上與向下邊緣態(tài)狄拉克電子的選擇效率首次被預測高達90%以上。此外，由自旋閥效應引起的巨磁電阻理論上可達65000%，在自旋

3、守恒與自旋反轉隧穿耦合過程中此幅值可進一步得到有效的調制。
　　(2)運用波函數(shù)匹配方法與傳輸矩陣方法，研究強拓撲絕緣體B12Se3表面態(tài)狄拉克電子在單鐵磁勢壘和雙鐵磁勢壘調制下的輸運性質。結果表明，在單鐵磁壘作用下，通過改變磁近鄰交換場的大小與方向都可以實現(xiàn)體系表面電子態(tài)的完全透射與完全阻塞。當表面沉積的雙鐵磁勢壘處于反平行時，n-n型結和n-p型結透射幾率隨著磁近鄰交換場的方向與強度呈現(xiàn)出相反的變化規(guī)律。進一步的研究表明，體系

4、隨著鐵磁勢壘間勢強度呈現(xiàn)出周期共振透射特性，且在交換場的調控下振蕩位相會發(fā)生顯著變化，而振蕩周期幾乎不變。
　　(3)基于半導體帶間躍遷理論，研究強拓撲絕緣體B12Se3薄膜表面態(tài)電子在狄拉克點附近的光學吸收特性。研究表明，在太赫茲頻段光場作用下，由于不同價帶與導帶間的光子吸收躍遷，單光子吸收譜呈現(xiàn)三個吸收峰。理論上，體系的雙光子吸收譜應呈雙峰結構，而伴隨著上、下表面間耦合強度的增加和體系狄拉克點的移動，體系的雙光子吸收譜在高頻率