平带材料中量子距离的表现

2021-10-10 08:39:08
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  对象的几何图形表示其形状或各部分之间的关系??部门你知道固体中的电子也有几何学吗?在量子力学中,固体中的电子以周期波的形式存在,因此所谓布洛赫态的周期电子态可以通过指定与波数成比例的能量和晶体动量来表征。电子的能量和晶体动量之间的关系称为固体的能带结构。对于固体中的电子,berry曲率和Bloch态的量子测度假设几何中物体的曲率和距离的作用

  事实上,量子态的几何是各种物理现象背后的核心概念之一,从著名的AHARONOV-Bohm效应到最近发展的物质拓扑阶段。例如,局部berry曲率是hall反常迁移的原因,其在二维闭合流形上的积分给出了Chern数,即描述量子化hall电导率的整数。然而,与berry曲率物理学相比,人们对量子测量对物理现象的影响知之甚少,特别是在固体中,尽管最近的一些工作提出了与量子测量相关的物理可观测性。特别是,对于寻找没有实质性物理性质的材料,没有明确的指导方针。可以观察到与量子量度有关的信息
  首尔国立大学基础科学研究所(IBS)相关电子系统中心的Yang Bohm Jung教授和Rhim Jun won博士,韩国原子能研究中心的Kim kyoo博士,韩国大田研究所报告说,他们发现了通过施加磁场来测量固体中布洛赫态量子距离的方法。更具体地说,研究人员检查了能谱,并在卡戈梅和棋盘中观察到了由平带磁场下的平带引起的异常朗道能级膨胀(称为朗道能级谱)。出乎意料的是,他们发现平带朗道能级的总能量色散完全取决于平带布洛赫态之间的最大量子距离。也就是说,固体中布洛赫态的量子距离可以通过对具有平坦带的二维材料施加磁场来测量。最近,具有平坦带的二维材料作为实现有趣电子态的新平台引起了极大关注。平带代表电子能带结构,当晶体动量改变时,能量不变。这种有趣的平带结构出现在各种二维晶格中,包括卡戈梅晶格、棋盘格晶格等。ibscces研究小组的理论小组认识到,在许多平带系统中,Bloch态的berry曲率是由于晶格的零对称性。如果berry曲率严格为零,我们自然可以预期Bloch态的几何结构完全由量子量度决定
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  事实上,半经典量子化规则预测磁场下的普通抛物线带将形成等距离散Landau能级,相邻朗道能级之间的能量差与电子的有效质量成反比。当应用于具有无限有效质量的平带时,半经典理论预测零朗道能级间距,以便平带在磁场中保持惰性。在这项研究中,研究人员观察到了朗道能级谱的一个非常特殊的性质,这与传统的量具形成了鲜明的对比。他们报告平带中的朗道能级扩散到能量空间的空白区,在没有磁场的情况下,电子态是不存在的。研究人员发现,这种异常朗道能级谱的关键是,卡戈梅和棋盘中的平坦带在某一点与另一个抛物线带相交。由带交叉引起的平带波函数的奇异性导致了与波函数量子距离有关的非平凡几何效应,进而导致异常朗道能级谱。第一作者Rhim Jun won博士指出,“理解平带中的能带交叉是描述异常朗道能级的关键。这一发现为清晰地提取固体中的量子距离提供了实用方法。”
  这项研究表明,量子距离或量子测量也可以在确定材料特性(如贝里曲率)方面发挥关键作用。与之前的工作相反,本研究明确了候选晶格系统以最大化量子测量效应和最小化berry曲率效应,并首次发现了直接提取固体中量子距离的方法。考虑到berry曲率的概念对理解固体性质的巨大影响,我们自然希望这项研究能够促进与量子量度有关的固体几何性质的未来研究和对材料的探索。可以观察到相关的物理反应
  杨博姆教授解释道:“这一结果将为全面理解固体中量子态的几何性质提供一个关键步骤。由于有许多二维结构携带扁平带,我们的研究可能引发未来的研究活动。在各种凝聚态物质中发现了与量子测量有关的新几何现象。”