基于二維拓?fù)浣^緣體的磁開(kāi)關(guān)和自旋過(guò)濾器.pdf

1、拓?fù)浣^緣體作為一種新的物質(zhì)態(tài)，自發(fā)現(xiàn)以來(lái)就受到科研工作者的關(guān)注，是近幾年來(lái)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這主要是因?yàn)樗煌谄胀ń^緣體和金屬的奇異特性。和普通絕緣體一樣，拓?fù)浣^緣體在體內(nèi)是有能隙的絕緣態(tài)，但是由于比較強(qiáng)的自旋軌道耦合作用，使得它的表面或者邊緣是無(wú)能隙的金屬態(tài)。這種無(wú)能隙的金屬態(tài)是由拓?fù)浣^緣體的體電子態(tài)的拓?fù)湫再|(zhì)決定的，同時(shí)受到時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)，不易受到非磁性雜質(zhì)的影響，而且表面上的載流子可以進(jìn)行無(wú)損耗的輸運(yùn)。這些新奇的物

2、理性質(zhì)使得拓?fù)浣^緣體在量子計(jì)算和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域具有非常高的科研價(jià)值，因此，研究如何約束和控制拓?fù)浣^緣體的邊緣態(tài)電子有著非常重要的意義。
　　作為電子器件中一個(gè)常見(jiàn)的裝置，磁雙勢(shì)壘在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體二維電子氣、新興的石墨烯以及螺旋金屬等各種物質(zhì)中受到廣泛的研究。在本文中，我們用基于python的kwant軟件包，對(duì)具有磁雙勢(shì)壘的二維拓?fù)浣^緣體HgTe的邊緣態(tài)輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值模擬，主要計(jì)算了在平行結(jié)構(gòu)和反平行結(jié)構(gòu)中，電導(dǎo)隨費(fèi)米能和外加

3、磁場(chǎng)變化的關(guān)系以及入射電子在HgTe波導(dǎo)中的幾率密度分布。研究表明對(duì)于從導(dǎo)線的量子自旋霍爾態(tài)射入的電子，當(dāng)它的能量在導(dǎo)線體能帶的導(dǎo)帶附近時(shí)，電子的輸運(yùn)性質(zhì)主要依賴于兩個(gè)磁勢(shì)壘的磁化方向。當(dāng)兩個(gè)磁勢(shì)壘的磁化方向相同時(shí)，具有合適自旋方向的電子能夠完全透射;當(dāng)兩個(gè)磁勢(shì)壘的磁化方向相反時(shí)，電子不能透過(guò)，受到完全的抑制，邊緣通道關(guān)閉。這個(gè)研究說(shuō)明:
　　(1)當(dāng)磁雙勢(shì)壘的磁化方向反平行時(shí)，它可以作為一個(gè)磁開(kāi)關(guān)。通過(guò)調(diào)節(jié)磁勢(shì)壘的磁化方向，能夠