《《A brief introduction of Topological insulator a》.ppt

Yonghong Zhao.Yibin Hu.Lei Liu.Yu Zhu.Hong Guo.Helical States of Topological Insulator Bi2Se3 On the theoretical side, density functional theory (DFT) has been applied to calculate electronic band structure of Bi-based TIs in bulks. In particular, helical states in the slab geometry, the behavior of spin operators, Sharvin conductance, and the surface density of states (DOS) were calculated by planewave DFT methods. 参考文献 【1】张翼.何珂.马旭村.薛其坤.拓扑绝缘体薄膜生长和栅电压调控输运特性研究.物理 第40卷 第7期 2011 【2】Yonghong Zhao.Yibin Hu.Lei Liu.Yu Zhu.Hong Guo. Helical States of Topological Insulator Bi2 Se3.nanoletters 【3】/sf09/TI.htm 【4】/onews.asp?id=123 拓扑绝缘体是一类非常特殊的绝缘体，由于自旋－轨道相互作用（相对论效应），在这类绝缘材料的表面总是存在着无质量狄拉克型的电子态，因而其表面总是金属性的、导电的。电子是导电的载体，除了负有电荷以外，它还具有一种自旋的性质，就如同地球绕着太阳运转，而地球本身也在自转一样。在目前广泛使用的计算机芯片中，电子的自转状态是不确定的。电子从晶体管的一端走到另一端的过程中，就如同要穿过一个杂乱无章的迪斯科舞场，不可避免地会发生碰撞，碰撞就会发热，就会耗散热量。在拓扑绝缘体中，电子自转方向与电流方向之间存在着确定的关系。不同方向运动的电子像高速公路上相向行驶的汽车一样各行其道，互不干扰，从而使能量耗散很低。 拓扑绝缘体的独特性质使其在低能耗电子器件和容错量子计算等领域具有潜在的重要应用价值，有可能对未来的信息技术产生革命性的影响。因此，拓扑绝缘体一经发现就迅速引起物理学、材料科学等领域科学家的极大兴趣，是目前物理学的一个前沿研究方向。 Figure: The structure of a heterogeneous catalyst illustrating the length scales and complexity involved in a heterogeneous catalyst. The example is a hydrotreating catalyst. * reduced dimension– d-band model Minimum thickness– less than enough electrons if thinner * * * * 拓扑绝缘体薄膜和有限尺寸效应 及其在催化剂领域的应用 Outline 拓扑绝缘体简介 拓扑绝缘体是一种新的量子物态。 拓扑绝缘体是一类非常特殊的绝缘体，从理论上分析，这类材料的体内的能带结构是典型的绝缘体类型，在费米能级处存在着能隙，然而在该类材料的表面则总是存在着穿越能隙的狄拉克型的电子态，因而导致其表面总是金属性的。【1】 拓扑绝缘体简介 表面态和体结构的性质不同，是拓扑绝缘体的突出特点。 由于能带通过拓扑的方式表征，拓扑绝缘体有可能显示出对细节不敏感的物理性质。 拓扑绝缘体简介 量子霍尔效应是一个典型的拓扑绝缘体的例子，但它是在强磁场下发生的。 具有强自旋轨道耦合的窄带半导体在不加外磁场的情况下，也有可能成为拓扑绝缘体。如最近研究很多的Bi2Se3，Bi2Te3，Sb2Te3. 拓扑绝缘体简介 这些材料的体能带在费米能级处具有能隙，但由于体能带独特的拓扑性质，在其表面或与普通绝缘体的界面上，却总是具有无能隙的表面或界面态，这种表面或界面态类似于石墨烯的能带结构，具有线性色散关系的狄拉克锥形状 Surface states: Traditional vs. topological 图片来自 文献1 * Valence band Conduction band Valence band Conduction band EF EF The robustness of topological surface states makes it possible for application in less-constr