首先将三维拓扑晶体绝缘体的概念推广到二维

2014-04-14 12:27 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

　　清华消息网3月31日电清华大学物理系段文晖传授课题组与美国麻省理工学院的傅亮教授、Jagadeesh Moodera教授等协作，联合能带构造盘算低能有效实践（k·p模型）跟拓扑能带剖析等研究方式，在拓扑晶体绝缘体（topological crystalline insulator）薄膜研究中取得了打破性进展。日前在《天然资料》(Nature Materials)上发表了题为Spin-filtered edge states with an electrically tunable gap in a two-dimensional topological crystalline insulator（二维拓扑晶体绝缘体中存在电场可调能隙且自旋过滤特征的拓扑边沿态）的研究论文。清华大学物理系博士生刘军伟为论文第一作者，美国麻省理工学院傅亮教学为论文通信作者。

供稿：物理系学生编纂：长松

左图为二维拓扑晶体绝缘体受镜面对称性保护的拓扑边缘态。右图为可以通过外加电场，翻开边缘态的能隙，从而实现电场调控的拓扑边缘态，为实现拓扑晶体管供给了物理基本。

　　该研究工作得到了国度做作迷信基金和科技部973项目标赞助。

　　段文晖教授研究组与美国麻省理工学院傅亮教授等合作，首先将三维拓扑晶体绝缘体的概念推广到二维，提出了由镜面对称性保护的二维绝缘体的新型拓扑相，并证实这种新型的拓扑相可以在SnTe和Pbx Sn(1-x) Se(Te)（001）薄膜中实现。这种新型的拓扑材料，其体能带（bulk bands）拥有能隙,管理宝典，然而在边缘上存在由（001）镜面对称性保护的具有自旋过滤(spin-filter)性质的边缘态(edge states)。更为重要的是，通过垂直于薄膜的电场，就可以损坏系统的镜面对称性，从而在边缘态上发生一个电场调控的能隙(electrically tunable gap)。应用这种奇怪的特性，此研究提出了一种新型晶体管，称之为拓扑晶体管(topological transistor)。在这种晶体管中，电荷输运（charge transport）和自旋输运（spin transport）极大地纠缠在一起，并且可以被外加电场同时调控。因为拓扑晶体管的工作原理与传统晶体管的实现原理完全不同，其开/关状况并不须要实现n型电子和p型电子的复合，因此可以在拓扑晶体管中实现很高的开关速度(on/off speed)，同时具备很小的能耗。

　　三维拓扑晶体绝缘体是完整不同于拓扑绝缘体(topological insulator)的一种新型拓扑材料，其拓扑性质受到晶格对称性(crystal symmetry)而非时光反演对称性(time-reversal symmetry)掩护。最近由理论猜测能够在SnTe类的四六族半导体中实现由镜面对称性(mirror symmetry)维护的拓扑晶体绝缘体，并很快得到了美国、日本、瑞典和中国等不同地域的独破试验组的验证，进而成为凝集态物理范畴一个很主要的研究的方向。

清华物理系与麻省理工配合在拓扑晶体绝缘体薄膜研讨中获得冲破性进展

图为拓扑晶体管的原理示用意。