二维拓扑绝缘体的扫描隧道显微镜研究

摘要：

拓扑物态是近年来在凝聚态科学领域快速兴起的一个分支,其中二维拓扑绝缘体由于在基础研究和应用前景方面存在巨大潜力而受到广泛关注.二维拓扑绝缘体具有绝缘性体态和导电性边界态,其边界态受时间反演对称性保护,不会被边界弱无序杂质所背散射,从而形成无耗散的边界导电通道.由于边界态只能沿着两个方向传播,意味着比三维拓扑绝缘体有更少的散射通道和更强的稳定性,对发展低能耗的集成电路意义重大.在研究二维材料的诸多实验手段当中,扫描隧道显微镜具有高空间与高能量分辨率测量,能够局域地探测材料表面实空间的电子态结构,直接探测到二维材料的边界态,尤其适合表征其拓扑特性.本文追溯了二维拓扑绝缘体的研究背景,对当前广泛关注的几类研究体系,从谱学方面详细展现一维边界态的非平庸拓扑特性.结合理论计算证明:一维拓扑边界态局域于材料的体能隙之内,在晶体的边界处稳定存在,并表现出一定的空间延展性.最后介绍了通过结构和外场等手段对二维拓扑材料的物性进行调控,展望了在未来自旋功能电子器件方面潜在的应用.

关键词：扫描隧道显微镜、二维拓扑绝缘体、拓扑边界态

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资助基金：国家重点研发计划 2017YFA0403501, 2018YFA0307000, 2016YFA0401003 和国家自然科学基金

在线出版日期：2019-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共19页

页码：73-91