拓扑量子材料的研究进展

论文摘要

拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究,提出了一种基于拓扑序的研究范式,并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合,成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护,对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言,拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入,并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。

论文目录

• 1 拓扑绝缘体
•   1.1 拓扑能带理论
•   1.2 TKNN不变量
• 2 霍尔效应
•   2.1 量子霍尔效应
•   2.2 自旋霍尔效应
•   2.3 量子自旋和反常霍尔效应
•   2.4 石墨烯狄拉克电子和碳纳米管模型
• 3 拓扑半金属
•   3.1 狄拉克半金属和外尔半金属
•   3.2 狄拉克-外尔半金属
• 4 总结和展望

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 崔亚宁,任伟

关键词: 拓扑材料,拓扑绝缘体,拓扑半金属,自旋霍尔效应,量子反常霍尔效应,狄拉克半金属,外尔半金属

来源: 自然杂志 2019年05期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 上海大学理学院物理系,上海大学量子与分子结构国际中心

基金: 国家自然科学基金项目(51672171,51861145315和51911530124),国家重点基础研究发展计划项目(2015CB921600),凝固技术国家重点实验室开放课题(SKLSP201703),霍英东教育基金会奖励

分类号: O469

页码: 348-357

总页数: 10

文件大小: 1928K

下载量: 636