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《铁磁石墨烯体系的CT不变量子自旋霍尔效应_孙庆丰.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、前沿评述铁磁石墨烯体系的CT不变量子自旋霍尔效应11,2,孙庆丰谢心澄(1中国科学院物理研究所北京100190)(2美国俄克拉荷马州立大学物理系俄克拉荷马州74078)摘要文章作者在垂直磁场作用下的铁磁石墨烯体系里预言了一种新类型的量子自旋霍尔效应.这量子自旋霍尔效应与自旋轨道耦合无关,体系也不具有时间反演不变性;但是有CT不变(C为电子-空穴变换、T为时间反演变换).由于量子自旋霍尔效应,体系的纵向电阻和自旋霍尔阻出现量子化平台.特别是,自旋霍尔阻的量子化平台有很强的抗杂质干扰能力.关
2、键词量子自旋霍尔效应,拓扑绝缘体CTinvariantquantumspinHalleffectinferromagneticgraphene11,2,SUNQingFengXIEXinCheng(1InstituteofPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)(2DepartmentofPhysics,OklahomaStateUniversity,Stillwater,Oklahoma74078,USA)AbstractWe
3、predictaquantumspinHalleffect(QSHE)inferromagneticgrapheneunderamagneticfield.Unlikethepreviouslyreportedeffect,thisQSHEappearsintheabsenceofanyspinorbitinteraction,anditssystemdoesnotpossesstimereversal(T)invariancebuthasCTinvariance,whereCisthechargeconj
4、ugationoperation.DuetothisQSHE,thelongitudinalandspinHallresistancesexhibitquantumplateaus.Inparticular,theplateauofthespinHallresistanceisveryrobustagainstdisorder.KeywordsquantumspinHalleffect,topologicalinsulator近几年来,一种全新的量子物质态拓扑绝人们最早发现的具有拓扑序的体系是量
5、子霍尔[1,2]缘体,已经蓬勃兴起.拓扑绝缘体有很迷人的特体系.在这体系,霍尔电阻出现量子化平台;特别是,异性质,这吸引了很多科学家们的注意.拓扑绝缘体由于它的拓扑不变性,这量子化电阻平台不会被外与传统的普通绝缘体有本质的不同.它的体材料是界各种干扰所影响,它能非常精确地保持它的量子有能隙的绝缘体,但其表面或边缘是无能隙的金属化平台值.最近人们在一些有自旋轨道耦合的材料[36]态.这种金属边界态的存在完全由材料的体能带的里发现另一类拓扑绝缘体.这类拓扑绝缘体是全局性质(拓扑序)所决定.由于这全局拓扑序,如果由
6、内在的自旋轨道耦合结合特殊能带结构所引起我们把一块拓扑绝缘体材料劈开;那劈开面在劈开的,是材料的固有性质,而不像量子霍尔效应需要外前是材料的体内,它是绝缘的.但劈开后变成材料的加磁场.这类拓扑绝缘体既可以是二维体系也可以[36]表面时,它也自动的转变为金属态.这种性质是以往是三维体系.对于二维拓扑绝缘体,自旋相反的普通绝缘体和金属所不具有的.更重要的是,这种金边缘态电子运动沿相反的方向,出现量子自旋霍尔属边界态受时间反演不变所保护,并且它有很强的抗外界各种干扰能力.即使体系中存在一定的缺陷、2010-05-0
7、4收到杂质、退相干等,边界态还能很好保持.通讯联系人.Email:xincheng.xie@okstate.edu416http:www.wuli.ac.cn物理39卷(2010年)6期前沿评述+效应(即加纵向电压将引起横向自旋流,且自旋霍尔其中ai,和ai,是在格点i上的电子消灭和产生算阻是量子化的).在实验方面,最近人们在CdTe/符,是自旋指标,0是同位置能量(也就是在M=0HgTe/CdTe量子阱体系已观察到量子自旋霍尔效时的狄拉克点能量),t=2.75
8、eV是最近邻的跃迁[7]应.再者,通过角分辨光电子谱测量也已确定一些能,M是铁磁交换能,ij是由垂直磁场引起的磁通.[8]三维材料具有拓扑序.我们考虑整个体系(包括中心区和六根导线)都是铁[9]近几年,另一个被广泛研究的课题是石墨烯.磁石墨烯构成和加有磁场.用Landauer-Buttiker所谓石墨烯,即由单层碳原子组成六角蜂窝状结构公式并结合非平衡格林函数方法,每个端口的电流的体
