掺杂Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物拓扑超导理论研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:luck1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
自从拓扑绝缘体被发现以来,在凝聚态物理中关于拓扑物态的研究日新月异。在几十年的探索中,非常多新奇的拓扑物态被提出,数不胜数的相关材料在实验上被发现。正如拓扑绝缘体之于绝缘体,在超导中同样对应着有拓扑超导体。最近一段时间内对拓扑超导体的研究已经成为了凝聚态物理的前沿。在拓扑超导体中存在着被拓扑保护的无能隙边界态,一种具有马约拉纳费米子对称性的准粒子激发,其因为能被应用于可容错的拓扑量子计算而为大家广泛关注。由于拓扑超导的实现需要超导具有奇异的电子配对对称性,如一维的p波超导以及二维的p+4)p超导,为了满足费米子的交换反对称性,相应地配对电子自旋只能以有极化方向的自旋三重态形式结合,然而类似性质的材料体系在实验上实现并非易事,更为确凿的信号有待被进一步发现。目前较为常见的手段是利用超导近邻效应,在常见的常规超导体和另一种特定材料的界面处诱导出拓扑超导。根据拓扑边界态出现的位置大致可以分为两类方案,第一类需要靠超导涡旋来捕获马约拉纳零能模,而超导涡旋本质上等价于材料的边界,被称作是拓扑缺陷,这一方案在2008年被傅亮等人提出。与之相对的在第二种方案中可以在材料的自然边界处存在拓扑边界态,如生长于常规超导体之上的一维Rashba纳米线的两端存在马约拉纳零能模,在量子霍尔效应(反常量子霍尔效应)材料与常规超导体二维交界面的边界处存在手征马约拉纳模。在以上的方案中具有特殊结构的费米面和超导配对电子由两种材料分别提供并在材料交界面处组合而成为拓扑超导体,那么是否存在一个单独均一的系统能够将二者得兼并在材料的边缘处自然就有马约拉纳表面模呢?我们将这种拓扑超导称为本征拓扑超导体,最近的掺杂强自旋轨道耦合材料形成的超导观测实验为我们提供了全新的思路。实验上在Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体掺杂形成的超导体中观察到了马约拉纳表面态的迹象,于是我们对掺杂下的Ⅳ-Ⅵ族半导体进行了系统性的探索。我们从有自旋轨道耦合的p轨道出发,将相互作用限制到次近邻相互作用。我们通过将p轨道投影至费米面来得到一个单带的有效模型。通过平均场近似我们求解了体系的基态,并关于费米面的各向异性参数和相互作用强度求得了体系的相图,对于可能存在的超导自旋三重态我们也做了详尽的分析。我们发现能出现在相图里所有的态都有时间反演不变性而且是拓扑非平庸的超导态,在某些基态中体系点群对称性被破缺,这些性质在他们对应的拓扑边界态中得以体现。在最后我们通过边界态的不同在实验上给出了具有不同对称性的基态的区别方法。
其他文献
<正>2020年以来,青岛高新区财政金融部扎实贯彻青岛高新区工委、管委会决策部署,通过加强财源建设、全力培育企业上市、创新金融服务模式、深化国有企业改革等有力举措,推动区域财政平稳运行,金融服务体系更加健全,服务实体经济效果凸显,国有资产规模持续扩大,助力区域经济发展持续向好。
期刊
太赫兹辐射具有独特的透射与反射性、低光子能量带来的生物安全性、以及光子能量与分子振动或转动能级相匹配等特点,在安检、成像、通信、光谱检测、物性研究与调控等领域具有重要的应用前景。本论文的研究工作概述为两部分。第一部分内容为强场太赫兹辐射的产生与探测。强太赫兹源是太赫兹科学的关键之一。在强场太赫兹源中,利用飞秒激光泵浦铌酸锂晶体的倾斜波前方案较为普遍。这种太赫兹源的聚焦场强最高可达到数MV/cm。但
学位
近年来,人们对量子材料的研究兴趣日益增加。拓扑半金属是从拓扑绝缘体延伸出来的一类具有非平庸能带拓扑的新奇量子材料,蕴含着深刻的物理以及广阔的器件应用前景。基于第一性原理计算,本论文研究了过渡金属磷族化合物,以及all-~2杂化的单斜碳结构中的拓扑半金属性质。过渡金属磷族化合物中具有多样的的金属,半金属,以及半导体行为。我们对单斜结构空间群为C2/c(C2h~6)的MP4(M=Cr,Mo,W)磷化物
学位
过渡金属钙钛矿氧化物具备多重量子关联效应,其晶格、电荷、自旋、轨道等多自由度之间的耦合与竞争激发出许多新奇的物理现象。本论文利用高压高温实验条件制备了多种3d-5d钙钛矿氧化物体系,研究了各个材料体系的晶体结构、综合物理性质、相关的物理机制及可能的应用前景,取得的主要成果包括:1.利用高压高温条件制备了高质量的Pb Fe O3多晶样品,结合X射线衍射、电子衍射、中子衍射及X射线吸收谱等多种分析手段
学位
钢铁行业为国民经济增长做出的贡献不容小觑,经历产能过剩的行业发展低谷后,钢铁企业在国家政策引导下开启供给侧改革,以改革措施的不断优化实现行业经济复苏。在供给侧改革的宏观背景下,伴随着钢铁市场需求增加,市场竞争愈发激烈,如何寻求新的利润增长点、如何探索适合企业自身的战略转型道路成为诸多钢铁企业亟待解决的问题。马钢股份作为国内发展历史较长的钢铁企业之一,“十一五”期间企业发展速度明显减缓,经济效益较前
学位
重费米子材料的研究一直是强关联体系的重要领域之一。Ln M2X8(Ln=La、Ce、Pr、Nd、Sm等;M=Fe、Co、Ru等;X=Al、Ga和In)系列材料的重费米子物性已经引起相关领域研究人员的重视。它们的结构都是Ca Co2Al8型正交晶系,空间群为Pbam(No.55),其重要结构特征是Ln原子沿着c轴呈现准一维链状,因此4f电子的磁性被期待展现出类似一维的特性。到目前为止,这个系列只有极
学位
为落实国家双碳战略、顺应《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》要求、实现城市轨道交通的绿色低碳运行,打造城市轨道交通智能供电系统势在必行。为此,文章针对目前城市轨道交通供电系统运营维护中存在的问题,在系统阐述城市轨道交通智能供电系统定义及功能需求的基础上,构建智能供电系统框架,提出将其按功能分为智能供电设备、智能供电调度、智能能源管理和智能供电运维 4 大模块,并对各模块的具体功能进行设计,以期为促
期刊
近些年来,随着我国教育水平的不断发展进步,教学理念也发生日新月异的变化,而传统的教学模式早已无法满足时代发展的需求。在新课改教育理念背景下,高中历史课堂教学开展一系列的教学改革和创新措施,尤其是小组合作教学方法,在历史教学过程中发挥至关重要的作用。因此,本文主要针对小组合作学习在高中历史教学中的有效开展进行详细的阐述说明。
期刊
光学频率梳是研究光学频率标准和精密光谱学的重要工具,其应用包括阿秒脉冲产生、低噪声微波频率产生、精密测距、地外行星探测等。随着光学频率梳技术的不断发展,新的应用不断涌现并对光学频率梳的性能提出了更高的要求,如远距离时频传递、覆盖极宽光谱的光谱学研究等。特别是远距离时频传递和极紫外光梳产生等应用,不仅需要光学频率梳具有极高的频率稳定性,还需要其具有较高的平均功率或峰值功率。同时,为了满足未来在室外或
学位
随着晶体管尺寸的持续微缩,传统硅基半导体器件逐渐达到了其物理极限,短沟道效应越来越明显,器件面临着性能与功耗的瓶颈。因此需要探索新的沟道材料和新的器件结构以解决当前晶体管微缩瓶颈,这对未来的集成电路的发展变得越来越重要。二维材料由于其物理极限的原子层厚度、表面没有悬挂键等优点,非常有利于构筑高性能的超短沟道场效应晶体管,为解决晶体管微缩瓶颈这一重要问题提供了可能,在未来超大规模集成电路方面有巨大的
学位