平带材料中量子距离的表现

2021-10-08 08:27:10
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  对象的几何形状指示其形状或各个部分之间的关??系。您知道固体中的电子也具有几何结构吗?在量子力学中,固体中的电子采用周期性波浪形式,因此可以通过指定与波浪数成正比的能量和晶体动量来表现所谓的Bloch状态的周期性电子状态。能量与电子晶体动量的关系称为固体带结构。对于固体中的电子,Berry曲率和布洛赫状态的量子量承担着几何中物体的曲率和距离的作用。

  事实上,量子状态的几何学是各种物理现象背后的核心概念之一,从着名的阿哈罗诺夫波姆效应到最近发展的物质拓扑阶段。例如,局部Berry曲率负责霍尔的异常转移,二维封闭歧管的要点给出了Chern数,即说明量化霍尔电导率的整数。但是,与贝里曲率的物理学相比,量子测量对物理现象的影响不太了解,特别是在固体中,尽管最近有几部着作提出了与量子测量相关的物理观测性。特别是对于寻找物理性质没有实质意义的材料,目前还没有明确的指导方针。可以观察到与量子量相关的信息。
  韩国首尔国立大学基础科学研究所(IBS)相关电子系统中心的YangBohm-Jung教授和Rhim-Jun-Won博士,韩国原子能研究中心的KimKyoo博士韩国大田研究所报告说,他们通过磁场测量固体中布洛赫态的量子距离更具体地说,研究人员检查了能谱在kagome和盘格中的平带磁场(称为Landau能级谱)下,观察到该平带引起的异常Landau能级扩展。殊不知,他们发觉平带的Landau能级总能量散布完全取决于平带的Bloch状态中间的最大量子距离。也就是说,通过对带有平带的二维材料施加磁场,可以测量固体中布洛赫状态的量子距离。
  最近,以扁平带状的二次元材料为实现有趣电子状态的新平台备受瞩目。平带代表电子皮带结构,其中晶体动量变化时能量不变。这种有趣的平带结构出现在各种二维格子中,包括kagome格子、棋盘格子等。IBSCES研究组的理论组意识到,在众多平带系统中,布洛赫状态的贝里曲率是由于晶格对称性为零。贝利曲率严格为零的话,布洛赫状态的几何形状当然可以期待用量子量完全决定。
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  事实上,半经典的量化规则预测磁场下的普通抛物线带将形成等距离的散朗道能级,相邻的朗道能级之间的能差与电子有效质量成反比。应用于具有无限有效品质的扁带时,半经典理论预测零Landau能源级间距,使扁带在磁场下保持惰性。在这项研究中,研究人员观察到朗道能级谱的非常特殊性质,与通常规范形成鲜明对比。他们报告说,平带的Landau能量级扩散到能量空间的空白区域,在没有磁场的情况下,没有电子状态。
  研究人员发现,如此异常的Landau能量级谱的关键在于,kagome和盘格中的平带在某一点与另一条抛物线相交。带交叉点引起的平带波函数中的奇异性,引起波函数量子距离相关的非凡几何效果,引起异常朗道能级谱。第一作者RhimJun-Won博士说:了解平带中的带穿越是描述异常Landau能源水平的关键。这一发现为明确提取固体中的量子距离提供了实用的方法。
  该研究表明,量子距离或量子量也可以像贝里曲率一样在确定材料特性方面发挥重要作用。与以前的工作相反,这项研究清楚地确定了量子度量效应最大化而贝里曲率效应最小化的候选晶格系统,并首次发现了直接提取固体中量子距离的方法。考虑到贝里曲率概念对理解固体性质的巨大影响,很自然地希望这项研究可以促进有关与量子度量有关的固体几何性质的未来研究以及其中材料的寻找。可以观察到相关的身体反应。
  Yang Bohm-Jung教授解释说:“这一结果将为全面理解固体中量子态的几何特性提供关键性的一步。由于存在许多二维二维结构,这些结构承载着平坦的带,因此我们的研究可能会触发未来的研究活动。在各种凝聚物质中发现与量子量有关的新几何学现象。