發(fā)布時間：2018-04-24 00:14

  本文選題：拓撲激子 + 過渡金屬硫化物��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在固態(tài)系統(tǒng)中尋找拓撲非平庸的量子態(tài)一直是凝聚態(tài)物理中的前沿熱門問題。對于電子這樣的費米子體系,拓撲非平庸的邊緣態(tài)已經(jīng)在理論上廣泛研究,并且在實驗中也觀測到了其存在的證據(jù)。實現(xiàn)拓撲非平庸的邊緣態(tài)的關(guān)鍵在于實現(xiàn)自旋軌道耦合,尤其是相對論性狄拉克粒子類型的自旋軌道耦合。另一個關(guān)鍵則在于實現(xiàn)能帶反轉(zhuǎn),這很大程度上決定于時間反演對稱性被破壞。在費米子體系中發(fā)現(xiàn)拓撲態(tài)之后,能否在其他體系中實現(xiàn)同樣拓撲非平庸的量子態(tài)就成了一個顯而易見的研究課題。對于例如耦合諧振子腔,光子晶體等玻色子體系中,可以通過兩種不同波色子的兩分量等效從而得到必須的自旋軌道耦合,進而得到玻色子的拓撲態(tài)。在此基礎(chǔ)上,我們提出了如下的問題,除了在基礎(chǔ)粒子體系(玻色子,費米子)中實現(xiàn)拓撲量子態(tài),在其他體系中能不能實現(xiàn)拓撲量子態(tài)?在本文中,我們部分回答了這個問題:在由電子和空穴相互吸引而構(gòu)成的激子體系中可以找到非拓撲平庸的量子邊緣態(tài)。我們提議在第六族過渡金屬硫化物這種新型的二維材料中去實現(xiàn)這種拓撲態(tài)。由于單層的第六族過渡金屬硫化物在天然的可見光波段內(nèi)是直接帶隙半導(dǎo)體,以及擁有特殊的能谷自由度,所以在這種體系中存在兩種不同的能谷激子。這兩種能谷激子通過其構(gòu)成的帶電粒子間的庫倫相互作用有著旋度為2的自旋軌道耦合。當時間反演對稱性進一步被磁場所破壞的時候,從而可以在磁場疇壁附近實現(xiàn)拓撲激子態(tài)。我們研究了拓撲激子隨著外加控制參數(shù)變化下束縛能以及波函數(shù)形狀的變化,以及對光場的響應(yīng)的改變。更進一步,我們還研究了當外加上單一方向的應(yīng)力時候的情形。由于應(yīng)力會將旋度為2的狄拉克錐分裂為兩個旋度為1的狄拉克錐,可以預(yù)見到拓撲激子的能譜形狀也會隨著狄拉克錐的移動而移動。我們在數(shù)值上證實了這點�？偨Y(jié)一下,我們可以用光來激發(fā)拓撲激子,利用磁場疇壁來調(diào)節(jié)拓撲激子的能譜和波函數(shù),然后用應(yīng)力來控制拓撲激子的傳播特性。我們發(fā)現(xiàn)了復(fù)合型粒子的拓撲非平庸的量子狀態(tài),找到了量子信息處理過程中新型的物理載體,預(yù)示了基于拓撲激子的新型光電學(xué)器件的潛在應(yīng)用,為拓撲量子計算的實現(xiàn)增加了可能性。
[Abstract]:Searching for nontrivial quantum states in solid state systems has always been a hot issue in condensed matter physics. For fermionic systems such as electrons, topological non-mediocre edge states have been extensively studied in theory, and evidence of their existence has been observed in experiments. The key to realize the topological non-mediocre edge state is to realize the spin orbit coupling, especially the relativistic Dirac particle type spin orbit coupling. The other key is the realization of band inversion, which largely depends on the destruction of time inversion symmetry. After the discovery of topological states in fermionic systems, it becomes an obvious research topic whether we can realize the same topological non-mediocre quantum states in other systems. For the coupled resonator cavity, photonic crystal and other boson systems, the necessary spin orbit coupling can be obtained by equivalent two components of two different bosons, and then the topological states of the bosons can be obtained. On this basis, we propose the following questions: apart from the realization of topological quantum states in the basic particle system (boson, fermion), can the topological quantum states be realized in other systems? In this paper we partly answer the question that the nontopological mediocre quantum edge states can be found in the exciton system composed of electrons and holes. We propose to realize this topological state in a new two-dimensional material, the sixth group of transition metal sulphides. There are two different energy excitons in this system because the sixth transition metal sulfides in the monolayer are direct band gap semiconductors in the natural visible light band and have special energy valley degrees of freedom. The two energy excitons have spin-orbit coupling with a curl of 2 through the Coulomb interaction between the charged particles. When the time inversion symmetry is further destroyed by the magnetic field, the topological exciton states can be realized near the domain walls of the magnetic field. We study the change of binding energy, wave function shape and response to light field of topological excitons with the change of external control parameters. Furthermore, we study the case when the stress in a single direction is applied to the outside. Since the stress will split the Dirac cone with a curl of 2 into two Dirac cones with a curl of 1, it can be predicted that the shape of the energy spectrum of the topological excitons will also move with the movement of the Dirac cone. We have confirmed this numerically. To sum up, we can excite topological excitons by light, adjust the energy spectrum and wave function of topological excitons by using the domain walls of magnetic fields, and then control the propagation characteristics of topological excitons by stress. We have found the topological non-mediocre quantum state of composite particles, found a new physical carrier in the process of quantum information processing, and predicted the potential application of novel optoelectronic devices based on topological excitons. It increases the possibility for the realization of topological quantum computing.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O469

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本文編號：1794270