赋予科学家更多的自由和责任——访量子霍尔效应发现者Klaus von Klitzing教授

Klaus von Klitzing,德国物理学家,1943年生.他在1980年研究二维电子气在强磁场中的输运性质时发现了霍尔电阻高度精确的量子化效应.这一发现为他赢得了1985年的诺贝尔物理学奖.国际计量标准化组织在1990年决定使用量子霍尔电阻(RK=h/e2=25812.807欧姆)作为电阻的国际标准,并用他的名字命名.他的发现的重要性还在于量子霍尔电阻的精确性与普适性引发了规范不变性、几何相位和拓扑不变量等重要理论概念在相关体系中的应用.     

石墨烯中自旋过滤态和量子自旋霍尔效应

采用拓扑不变量陈数和自旋陈数刻画交错磁场调制下石墨烯中的拓扑相变,并利用数值方法计算边缘态能谱.研究结果发现,通过调节交错磁场的强度和石墨烯的费米能量,系统中出现许多拓扑相,无能隙的边缘态可以在时间反演对称破缺的量子自旋霍尔体系中出现.进一步引入交换场,系统发生了从时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态到自旋过滤的量子霍尔态的拓扑相变.这些研究结果在自旋电子器件方面有着巨大的潜在应用价值.     

拓扑绝缘体薄膜和有限尺寸效应

拓扑绝缘体是近年来发现的一类新的量子材料,已成为凝聚态物理的研究热点领域.厚度仅几纳米的拓扑绝缘体薄膜不但具有奇特的物理性质,而且还是拓扑绝缘体应用于平面器件的基础.文章以Bi2 Se3为例,介绍了Bi2 Se3家族拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长以及其能带、自旋结构和拓扑性质随层厚的演化.这些结果为人工调控拓扑绝缘体的电子结构和物理性质提供了指导.     

拓扑绝缘体表面态的STM研究

文章主要介绍了利用扫描隧道显微镜对拓扑绝缘体表面态进行的一系列研究工作,包括拓扑绝缘体表面态的电子驻波以及拓扑表面态的朗道量子化现象.这些工作对于拓扑绝缘体基本性质的确立以及深入理解具有十分重要的意义.     

拓扑绝缘体电子态的电场调控

文章简要介绍了对拓扑绝缘体性质的电场控制,主要包括三维拓扑绝缘体表面磁性的电场控制、电子在p-n结中的类光输运行为以及拓扑绝缘体量子点的特性.     

拓扑绝缘体薄膜生长与栅电压调控输运特性研究

文章讨论了三维拓扑绝缘体制备和输运性质研究方面的进展情况.首先介绍了拓扑绝缘体体材料和薄膜的制备,并介绍了文章作者利用分子束外延方法,在硅表面以及高介电常数材料钛酸锶表面生长高质量拓扑绝缘体Bi2 Se3薄膜的工作.然后介绍了拓扑绝缘体输运研究的现状,以及文章作者在栅电压调控拓扑绝缘体外延薄膜的化学势和输运性质方面的研究成果.     

Z2拓扑不变量与拓扑绝缘体

文章回顾了几种Z2拓扑数的计算方法,并详细介绍了一种用非阿贝尔贝里联络表示绝缘体Z2不变量的计算方法.这种方法可以确定出一般能带绝缘体的拓扑性质,而不需要限定波函数的规范.利用这种新方法,文章作者计算了二维石墨烯(graphene)系统的Z2拓扑数,得到了和以前研究相一致的结论.     

隧穿量子点分子模型与光场相互作用的熵特性

用全量子论研究了微腔中量子化光场与隧穿量子点分子模型相互作用系统的熵特性,导出了量子点系统熵（场熵）的计算公式,讨论了不同的初始光场对量子点系统熵（场熵）的影响。结果表明：初始光场处在相干态情况下,随着失谐量△的增大,场熵的周期明显加强,但场熵的均值却不断减小,这表明失谐量的增加,导致光场与量子点分子的关联减弱,即耦合程度降低;在初始光场为压缩真空态的情况下,其结论与初始光场为相干态情况下的结论相似。     

Kerr介质腔中三能级原子与腔场相互作用系统量子保真度

研究了Kerr介质腔中相干态单模场与级联三能级原子共振相互作用系统中量子保真度的演化特性.结果表明,对真空初场,原子、场及系统保真度都呈现调制周期振荡;对不依赖强度的原子-场耦合系统,增大Kerr效应或增强初场强度都能提高原子的量子保真度,在原子量子保真度复苏时区同时提升场和系统的量子保真度,但对依赖强度耦合系统却无此作用.     

隧穿量子点分子模型与光场相互作用系统的量子点分子偶极压缩

利用全量子理论,研究了隧穿量子点分子模型与光场相互作用系统的量子点分子偶极压缩效应.采用数值计算方法,讨论了初始相干态光场的平均光子数和失谐量对量子点分子偶极压缩的影响.结果表明:在实际中可以通过调节失谐量,获得最佳状态的量子点分子偶极压缩.当初始光场的平均光子数较小时,量子点分子偶极压缩的演化曲线呈现出间歇性的量子点...