TA的每日心情 | 难过 2021-3-24 17:49 |
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签到天数: 73 天 [LV.6]出窍
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(话说自从大学毕了业就很少码字了,大部分时间都贡献给了lab...以前在西河老是潜着,也没觉得太憋...后来跟着跟着就来了这,这下好了,两眼黑,估摸着得吱两嗓子了,要不然可真要黑到头了....)
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加入咱这个组织几个月了,为了响应组织号召,为了四有新人的目标(有车有钱有房有女人,即有权限发帖看帖,有爱元,有子个的地盘,有人气)咱决定趁老板出去开会期间多多吱两声,为组织添砖加瓦。
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咱是理科出身的,没啥长处,就扯一下自己做过的几个project吧。
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今天就聊聊目前凝聚态物理方面最热门的话题:拓扑绝缘体(topological insulator). X2 [8 ~: m$ ^
3 ~$ {* P) M& {啥是拓扑绝缘体呢?% D3 z+ ]% e- C" M$ x6 n
! y* [9 c/ X; B; U ]& t) L+ ~一般来说,物体根据导电性质可简单的划分为导体(金属之类),半导体(如Si,GaAs,In2O3,ZnO之类)和绝缘体(大部分的有机材料,氧化物和单质类如O2,N2等等)。 这些划分呢,是根据他们自身的band structure 来决定的,主要是靠Fermi level 在band gap 以内或之上之下来决定的,还靠electron or hole 的占据态来决定。topological insulator是一种新的材料,简单来说它是介于导体和绝缘体之间的全新的一种物质,即表面为导体(2D electron gas)而内部为绝缘体。Fermi level 在这种材料中是从bandgap 穿过的,而bandgap中有穿插了surface state(即conductionband 和valanceband 之间是gapless的)。 这就决定了拓扑绝缘体的一些极为特殊的性质。) L6 s4 u/ v" I7 J7 a8 ~5 R9 ^
0 f7 m g# o6 x( L' ^0 \7 f为啥叫拓扑呢?+ |7 \2 X- ~2 |' \
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这个问题是这么回事,在凝聚态理论物理里面,有个概念叫Berry phase,80年代才提出来的,但是量子物理里面忽略了几十年的一个相位(主要是由于抵消效应所以才不重视的)。这个Berry phase在特殊的条件下,比如电子是time-dependent adiabatic evolution的,在parameter-space中环形一圈回到原点的情况下,会产生一个几何非0相位。那么这个非0相位呢,就会影响到了它的电学传输性质。在time reversal 和 inversal symmety的情况下,考虑到strong spin-obital coupling的影响,就会产生某些特殊材料的表面出现二维电子气而内部绝缘体效应了。而这个berry phase是由什么决定的呢?就是物质的band structure geometry决定的。一般数学里面用chern number来表示这个东西,所以就叫做拓扑绝缘体。 这两年的研究表明量子霍尔效应,自旋量子霍尔效应等都是由chern number 决定的。 (加点私货,前不久读非线性系统也发现用拓扑学来为系统归类,不禁感慨世界的奇妙啊....)
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应用
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如果对物理稍微感兴趣的人肯定知道去年的物理诺奖--graphene,别名碳单原子层,TI和它有些类似,但是里面有更复杂和有趣的物理。譬如说TI的表面有自旋极化的电流,这种极化电流受到时间反演得对称性保护导致电子不会出现散射==〉导电性极好。自旋极化的电子一般只有在磁场下才会产生,而在这种材料中,通过控制电流方向就可以轻易改变自旋极化方向《==spin obital coupling 效应。 所以呢,这种材料在磁阻存储和量子计算机中能发挥相当惊人的....(没想好啥词,总之是申请funding中的那些blahblah的东西啦,呵呵)
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发展状态( o- i( @% b5 f% W/ K# r
) u) m- ^; h4 A! r B" J3 i这个理论是从2000年后逐渐提出来的,于2009年左右正式完工。向奋斗在凝聚态物理最前沿的人致以崇高的敬意!(他们是斯坦福的ZhanSC,Hasan等理论巨头,普林斯顿的NP Ong, 日本的Ando等试验巨头)。
! I+ Y* n: S% S/ N6 Y) \4 R$ }国内发展状况:目前中科院北物所的XueQK和ZhongF教授分别在试验和理论方面紧跟,港科大的ShenSQ教授在理论方面也是有不少贡献) 总的来说,国内这方面的课题是紧跟前沿的。 e8 ~; C( w8 U7 `
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只是简单介绍一下目前在做的东西而已,就这些能拿出手了....(也考虑过帖点以前写的东西.....实在拿不出手阿,哈哈)8 C( R; q6 ~0 d, Z& V, f% J9 h
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土鳖抗铁牛 |
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