拓扑绝缘体

olenkamp 研究组通过 MBE 的生长办法制备出了不同厚度的 Gd Te/Hg Te/Gd Te 超晶格,他们取中间层的厚度为d。并且他们在零场的情况下,测出中间层 Hg Te 存在一个临界宽度 dc。? 当d < dc时,样品几乎处于绝缘态,表现为半导体。? 当d > dc时,样品具有了两倍量子电导,时间反演不变的自旋霍耳系统的边缘态存在两个通道,因此中间层能带反转材料 Hg Te 起主要作用。此时的样品只有边缘态参与了导电。РSchool of Nuclear Science and Technology, Lanzhou UniversityР《高等量子力学》课堂报告--G7Р图片引自:KÄonig M, Wiedmann S, Brune C et al. Science 2007, 318: 766-770;РSchool of Nuclear Science and Technology, Lanzhou UniversityР《高等量子力学》课堂报告--G7Р对应于Gd Te/Hg Te/Gd Te超晶格的难于制备和热稳定性差,含毒性元素,不利于大规模生产和应用等缺点。在2008 年, 张首晟研究组预言了一种基于传统 III-V 族半导体的二维拓扑绝缘体材料AlSb/InAs/GaSb/AlSb。之后理论物理学家又预言了具有接近二维蜂窝结构的Bi、Si、Ge、Sn等元素的单层或几层薄膜是二维拓扑绝缘体。РSchool of Nuclear Science and Technology, Lanzhou UniversityР《高等量子力学》课堂报告--G7Р三维拓扑绝缘体的体态是绝缘性的,边界上存在着与一维边缘态所对应的二维表面态。它的特点为在其表面态的布里渊区中存在 4 个时间反演对称的点,这些特殊的点上会出现 Kramers 简并,形成狄拉克锥结构。