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磁序与拓扑的耦合:从基础物理到拓扑磁电子学 被引量:1
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作者 刘恩克 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期24-30,共7页
磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物... 磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物态,通过拓扑增强的贝利曲率产生了一系列新奇的磁/电/热/光效应;而外尔电子与磁序的相互作用也使得拓扑电子物理有望成为磁电子学应用的新原理和驱动力.当前,新物态与新效应的发现是磁性拓扑材料第一阶段的主要任务和特征,而动量空间拓扑电子与实空间磁序的相互作用已经开始进入人们的视野.这两个阶段的深入发展,将为拓扑磁电子学积累必要的物理基础和应用尝试.本文着眼于磁性拓扑材料发展的两个阶段,讲述磁性拓扑材料的提出和实现、均一磁序下的拓扑电子态及新奇物性、局域磁态与拓扑电子的相互作用3个方面,阐述当前领域内的热点内容和发展趋势,并对拓扑磁电子学的未来发展进行了思考和展望,以助力未来拓扑自旋量子器件的快速发展. 展开更多
关键词 拓扑物理 磁性外尔半金属 拓扑磁电子学
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双层蜂窝状海森伯铁磁体中层间交换耦合相互作用对拓扑相的影响
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作者 施洪潮 唐炳 刘超飞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期286-300,共15页
层状磁性拓扑材料是最小二维单元下同时具有磁序和拓扑性的材料体系,研究这一体系可能会观察到新物性和新现象的出现,因此引起了研究者们的广泛关注.本文运用线性自旋波理论,主要研究了层间铁磁耦合的双层蜂窝状海森伯铁磁体中层间交换... 层状磁性拓扑材料是最小二维单元下同时具有磁序和拓扑性的材料体系,研究这一体系可能会观察到新物性和新现象的出现,因此引起了研究者们的广泛关注.本文运用线性自旋波理论,主要研究了层间铁磁耦合的双层蜂窝状海森伯铁磁体中层间交换耦合相互作用对系统拓扑相的影响.通过计算不同层间交换耦合相互作用强度下的磁子色散关系能得出,当系统达到两个强度临界值时,能量较高的两条能带和能量较低的两条能带的带隙在狄拉克点处会依次出现闭合-重新打开现象.计算能带对应的贝里曲率和陈数后,发现贝里曲率符号在相应临界值前后会发生反转,同时陈数也会发生改变,这证明系统发生了拓扑相变.此外,本文研究发现当双层蜂窝状铁磁体发生拓扑相变时,磁子热霍尔系数变化曲线会相应发生突变.本研究成果可以为利用双层蜂窝状铁磁材料制作具有更高信息传输能力的自旋电子器件提供理论支撑,也可以为其他双层铁磁系统的相关研究提供一定的理论参考. 展开更多
关键词 双层铁磁体 拓扑物理 层间交换耦合 线性自旋波理论
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莫尔石墨烯体系的新奇电学性质
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作者 张世豪 解博 +3 位作者 彭然 刘晓迁 吕昕 刘健鹏 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期246-267,共22页
讨论了转角双层石墨烯、转角多层石墨烯以及石墨烯-绝缘态异质结等体系中的电子结构、拓扑性质、关联物态、非线性光学响应、声子特征以及电声耦合效应等新奇物态和物性.首先讨论了在转角石墨烯体系中普遍存在的拓扑非平庸的平带和轨道... 讨论了转角双层石墨烯、转角多层石墨烯以及石墨烯-绝缘态异质结等体系中的电子结构、拓扑性质、关联物态、非线性光学响应、声子特征以及电声耦合效应等新奇物态和物性.首先讨论了在转角石墨烯体系中普遍存在的拓扑非平庸的平带和轨道铁磁性.其中,魔角双层石墨烯中的拓扑平带可以从零赝朗道能级的图像去理解.该图像可以很简明地解释实验上观测到的量子反常霍尔效应、关联绝缘态等新奇现象.这些拓扑平带也可以带来接近量子化的拓扑压电响应,可以用来定量地测量莫尔石墨烯中平带的谷陈数.转角多层石墨烯和交错转角多层石墨烯体系也存在一些普适的手性分解规则,可快速判断这类转角石墨烯体系中低能电子结构特征.然后进一步讨论了魔角双层石墨烯和转角多层石墨烯中的关联绝缘态、密度波态、向列序态以及单粒子激发谱的级联转变等新奇物性,并提出非线性光学响应可以当作区分各类“无特征”关联绝缘态的实验探针.其次讨论了转角双层石墨烯体系的莫尔声子性质以及非平庸的电声耦合效应.最后,讨论了能带对齐的石墨烯和绝缘衬底形成的异质结体系中的新奇物理图景,并对二维材料莫尔异质结体系中的新奇物性做了总结和展望. 展开更多
关键词 莫尔石墨烯异质结 拓扑物理 关联物态 莫尔声子 压电响应 非线性光学响应
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磁性斯格明子的研究现状和展望 被引量:4
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作者 刘艺舟 臧佳栋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期16-36,共21页
磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构.斯格明子主要存在于非中心对称的手性磁性材料以及界面镜面对称性破缺的磁性薄膜材料中.因具有实空间的非平庸拓扑性,磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性,例如拓扑霍尔效应,... 磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构.斯格明子主要存在于非中心对称的手性磁性材料以及界面镜面对称性破缺的磁性薄膜材料中.因具有实空间的非平庸拓扑性,磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性,例如拓扑霍尔效应,新兴电磁动力学等,为研究拓扑自旋电子学提供了新的平台.另一方面,由于其具有尺寸小,高稳定性和易操控的特性,磁性斯格明子在未来高密度,低能耗,非易失性计算和存储器件中也具有潜在应用.现阶段的研究已经初步发现一系列磁斯格明子材料,并证明能够通过电流操控室温下稳定的磁性斯格明子,但是室温下单个斯格明子的精确产生、湮灭以及探测在实验上仍具有挑战性.本文阐述了磁性斯格明子的基础理论以及动力学研究现状,并对现有的斯格明子材料和斯格明子的产生,湮灭以及探测方法进行了总结,最后还对未来磁性斯格明子的物理理论研究以及应用发展中的挑战和机遇进行了讨论. 展开更多
关键词 磁斯格明子 手性磁体 磁性薄膜 拓扑物理
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磁性多层膜中斯格明子的前景与挑战 被引量:1
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作者 江万军 《物理》 CAS 北大核心 2020年第2期77-83,共7页
拓扑磁学是近年内磁学领域内衍生出的一个子学科,它以寻找、研究和利用磁性材料中的拓扑自旋结构为核心目标,相关研究在凝聚态物理领域内已成为一个较大的分支。这些拓扑自旋结构包括:磁涡旋(magnetic vortex)、磁性斯格明子(magnetic s... 拓扑磁学是近年内磁学领域内衍生出的一个子学科,它以寻找、研究和利用磁性材料中的拓扑自旋结构为核心目标,相关研究在凝聚态物理领域内已成为一个较大的分支。这些拓扑自旋结构包括:磁涡旋(magnetic vortex)、磁性斯格明子(magnetic skyrmion)、磁浮子(magnetic bobber)等。文章将以磁性多层膜中的斯格明子为对象,从材料优化、拓扑物理、表征、操控、探测等角度出发,详细讨论当前的主要研究热点,以及未来功能器件应用方面的一些挑战。 展开更多
关键词 磁性斯格明子 磁性多层膜 界面磁学 自旋轨道力矩 自旋拓扑物理
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拓扑物理学的“初心”——谈凝聚态物理学中拓扑概念的引入
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作者 熊烨 《物理之友》 2017年第12期4-6,共3页
本文介绍了拓扑物理学的开端,由狄拉克对磁单极子的讨论,介绍了什么是拓扑杂质,以及它们对所处空间的影响。更为重要的是类似的概念可以从真实的空间拓展到参数空间,其中的一个重要的例子就是量子霍尔效应,它使科学家第一次明确地引入... 本文介绍了拓扑物理学的开端,由狄拉克对磁单极子的讨论,介绍了什么是拓扑杂质,以及它们对所处空间的影响。更为重要的是类似的概念可以从真实的空间拓展到参数空间,其中的一个重要的例子就是量子霍尔效应,它使科学家第一次明确地引入了拓扑这个概念,并认识到其对某些可观察物理量的影响。 展开更多
关键词 拓扑物理 量子霍尔效应 拓扑杂质
原文传递
对拓扑凝聚态物理学基础知识的教学思考
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作者 阳成熙 李楠 《物理与工程》 2019年第5期54-59,共6页
随着拓扑学在凝聚态物理学中发挥越来越重要的作用,拓扑凝聚态物理学已逐渐成为一门蓬勃发展的学科,具有深刻的理论基础与广泛的实验应用。本文在教学实践的基础上,对在物理类专业高年级本科课程中开展拓扑凝聚态物理学基础知识的教学... 随着拓扑学在凝聚态物理学中发挥越来越重要的作用,拓扑凝聚态物理学已逐渐成为一门蓬勃发展的学科,具有深刻的理论基础与广泛的实验应用。本文在教学实践的基础上,对在物理类专业高年级本科课程中开展拓扑凝聚态物理学基础知识的教学进行了探索与总结。首先对微分几何学与拓扑学、量子力学、固体物理学的相关基础知识的讲授作了说明,着重介绍了拓扑不变量、Berry相位等数学与物理学的预备知识;然后以量子Hall效应为例,系统地展现了拓扑凝聚态物理学的主要思想与分析方法,详细说明了整数量子Hall效应中Hall电导的量子化公式;最后对课程内容给出了一些教学建议。 展开更多
关键词 拓扑凝聚态物理 拓扑不变量 量子Hall效应
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