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          • 甚么是量子自旋霍尔效应?

            作者:佚名 来源:网络文档 时光:2018-12-06 20:53 浏览:244 [投稿]
            “量子自旋霍尔效应”是指找到了电子自转偏向与电流偏向之间的规律,利用这个规律可使电子以新的姿式异常有序地“舞蹈”,从而使能量耗散很低。

            “量子自旋霍尔效应”是指找到了电子自转偏向与电流偏向之间的规律,利用这个规律可使电子以新的姿式异常有序地“舞蹈”,从而使能量耗散很低。

            在特定的量子阱中,在无外磁场的条件下(即保持时光反演对称性的条件下),特定材料制成的绝缘体的外面会产生特别的边沿态,使得该绝缘体的边沿可以导电,并且这类边沿态电流的偏向与电子的自旋偏向完全相干,即量子自旋霍尔效应。

            超构资估中的威尼斯国际娱乐网站量子自旋霍尔效应

            电子的量子自旋霍尔效应的发明推动了凝集态物理学的成长,它是 一种电子自旋依附的具有量子行动的输运效应 。大年夜量的理论和实验研究注解,描述电磁波场活动规律的麦克斯韦方程组内禀了光的量子自 旋霍尔效应,存在于界面的倏逝波表示出强烈的自旋与动量接洽关系性。得益于新兴的威尼斯国际娱乐网站材料:超构材料 (metamaterials ) 的成长,不但可以或许随便任性设定威尼斯国际娱乐网站参数,同时也能引入很多复杂的自旋 - 轨道藕合机理,可以或许加倍清楚地知道和验证个中的物理机理。对超构资估中量子自旋霍尔效应做了扼要的介绍,内容重要包含真空中光的量子自旋霍尔效应的物理本质、电单负和磁单负超构材料能带反转导致的不合拓扑相 的界面态、拓扑电路体系中光量子自旋霍尔效应等。 

            自由空间中光子的拓扑性质

            尽人皆知,光子的传播行动重要由麦克斯韦方程组进行描述。麦克斯韦方程组根本描述了光从经典电磁波到量子体系相对论范畴内的所有性质。光子本身是自旋为1的粒子,本身的传播行动便具有内禀的自旋 - 轨道耦合效应,具有一系列的量子行动,如 Berry 相位,这些量子行动是光具有量子自旋霍尔效应的基石。

            所熟知的界面传播模式就是外面等离子体激元 ( surface plasmon polaritons,SPP)。比拟于真空中传播的光,SPP 的传播模式是横截面处为倏逝场的外面模,大年夜量研究发明横向倏逝波这类传播模式具有额外的自旋动量,并且该动量正交于其传播波矢,这个额外的自旋动量来源于不合自旋拓扑介质在界面处的拓扑相变,这个拓扑相变引发可不雅察的非平常的光量子自旋霍尔效应。 

            除在介质界面处可以或许不雅察到光的量子自旋霍尔效应,也能够经过过程引入强烈的光与物质相互感化来实现光的自旋态之间在资估中的相互耦合。在传统的威尼斯国际娱乐网站资估中,光的自旋与轨道耦合的感化异常微弱,难以不雅察丈量。若何加强光与物质之间的相互感化一向是一个相当重要的课题,但随着超构材料的成长,这些问题逐渐取得有效解决。超构材料本身由深亚波长标准的人工微构造单位构成,这些构成单位对电磁波有着很强的局域响应,可以或许极大年夜地増强光与物质之间的相互感化。利用这些惯例天然材料所不具有的威尼斯国际娱乐网站性能可实现各类具有奇怪性能的威尼斯国际娱乐网站器件,诸如负折射、 超棱镜和威尼斯国际娱乐网站隐身等。事实上,利用超构材料这一很好的威尼斯国际娱乐网站平台可从实验上直接不雅察光的量子自旋霍尔效应。 

            拓扑电路中的量子自旋霍尔效应

            在超构材料里光与物质的相互感化中,除深亚波长的人工微构造对光的调控响应外,来自超构材科中晶格感化本身的耦合感化也弗成忽视,特别在一些具有强烈自旋 - 轨道相互感化的资估中,光的量子自旋霍尔效应异常明显,对这一类材料的研究促进了一门新兴的材料研究分支:光子拓扑绝缘体。不合于自由空间中的光量子霍尔效应,来自晶格感化产生的光量 子自旋霍尔效应固然所有能带的总chern数仍为零,但在某一支体能带上的chern 数不为零,这注解材料具有拓扑非平常的带隙,与不合拓扑性质的材料的接触处会产生拓扑相变并具有受拓扑保护的单向边沿态,两个自旋态是相互分立的。

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