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基于结构反转二维光子晶体的拓扑相变及拓扑边界态的构建 被引量：6
1
作者 方云团 王张鑫 +2 位作者 范尔盼 李小雪 王洪金 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第18期24-32,共9页
构建了二维六角蜂窝晶格的两种结构,让散射体和基体材料反转.由于特有的点群对称,该晶格在布里渊区中心具有类比电子体系的p轨道和d轨道.在散射体和基体反转的两种结构中, p轨道和d轨道也直接实现了反转.定量分析了产生轨道反转的原因... 构建了二维六角蜂窝晶格的两种结构,让散射体和基体材料反转.由于特有的点群对称,该晶格在布里渊区中心具有类比电子体系的p轨道和d轨道.在散射体和基体反转的两种结构中, p轨道和d轨道也直接实现了反转.定量分析了产生轨道反转的原因来自于低频局域共振产生空气带和介质带的反转.通过p轨道和d轨道的宇称特性,构建了类比电子体系量子自旋霍尔效应的赝自旋态.通过Γ点处有效哈密顿量的分析,揭示轨道反转导致的拓扑相变.通过结构的优化,构建了基于赝自旋的拓扑边界态.电磁波仿真模拟和能流矢量分析证明了结构具有电子体系量子自旋霍尔效应的特性,即自旋与传播方向锁定和拓扑保护.结果也证明经典波量子自旋霍尔效应的实现可以不经历带隙关闭的过程.与同类型的研究相比较,本文的结构不需要晶格的缩放,具有设计简单、带隙宽和边界态局域性较强的特点. 展开更多
关键词 光子晶体 结构反转 能带反转 拓扑相变 赝自旋
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拓扑相MoS_(2)电子结构及光学性质的第一性原理研究
2
作者 吴文静 张子涵 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2023年第4期142-150,共9页
基于密度泛函理论的第一性原理对二维拓扑相1T′-MoS_(2)和2M-MoS_(2)的电子结构、有效质量和光学性质进行研究,并将其与二维H-MoS_(2)进行对比分析.研究表明,电子有效质量大小关系为:2M-MoS_(2)<T′-MoS_(2)<H-MoS_(2),空穴有效... 基于密度泛函理论的第一性原理对二维拓扑相1T′-MoS_(2)和2M-MoS_(2)的电子结构、有效质量和光学性质进行研究,并将其与二维H-MoS_(2)进行对比分析.研究表明,电子有效质量大小关系为:2M-MoS_(2)<T′-MoS_(2)<H-MoS_(2),空穴有效质量大小关系为:T′-MoS_(2)<2M-MoS_(2)<H-MoS_(2),但2M-MoS_(2)的空穴有效质量和T′-MoS_(2)相差不大,二者均适用于高性能电子器件.由于拓扑相1T′-MoS_(2)和2M-MoS_(2)均存在能带反转,导致带间相关性以及导带和价带的波函数重叠增强,进而光电流响应增强,二者的光学性质均优于H-MoS_(2).2M-MoS_(2)具有较大的吸收系数和光电导率,2M-MoS_(2)对红外光和紫外光有着优良的吸收性质,T′-MoS_(2)在可见光波段和紫外光的波段有较大的吸收峰.研究结果进一步丰富了MoS_(2)的拓扑相,并为基于MoS_(2)拓扑相的高性能光电探测器件的设计和应用提供参考. 展开更多
关键词 MoS_(2)拓扑相 能带反转 电子结构 光学性质
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二维声子晶体中简单旋转操作导致的拓扑相变 被引量：4
3
作者 王健 吴世巧 梅军 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第22期47-54,共8页
构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C_(6v)对称性.研究发现:在保持... 构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C_(6v)对称性.研究发现:在保持钢柱填充率不变的条件下,只需要将所有三角柱绕着自己的中心旋转180°,就可实现二重简并的p态和d态在布里渊区中心Γ点处的频率反转,且该能带反转过程实质上是一个拓扑相变过程.通过利用Γ点的P态和d态的空间旋转对称性,构造了一个赝时反演对称性,并在声学系统中实现了类似于电子系统中量子自旋霍尔效应的赝自旋态.随后通过k·p微扰法导出了Γ点附近的有效哈密顿量,并分别计算了拓扑平庸和非平庸系统的自旋陈数,揭示了能带反转和拓扑相变的内在联系.最后通过数值模拟演示了受到拓扑不变量保护的声波边界态的单向传输行为和对缺陷的背向散射抑制.文中所研究的声波体系,尽管材料普通常见,但其拓扑带隙的相对宽度超过21%,比已报道的类似体系的带隙都要宽,且工作原理涵盖从次声波到超声波的很大频率范围,从而在实际应用上具有较大的优势和潜力. 展开更多
关键词 声子晶体 拓扑相变 能带反转 赝自旋
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层状MnSb_(2)Te_(4)/Sb_(2)Te_(3)异质结的拓扑性质
4
作者 刘水青 李树宗 +1 位作者 司君山 张卫兵 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2023年第11期206-214,共9页
作为一种典型的拓扑态,量子反常霍尔效应引起了人们的广泛关注.本文通过第一性原理计算研究了不同层间距时的MnSb_(2)Te_(4)/Sb_(2)Te_(3)范德瓦尔斯异质结的电子结构及拓扑性质.结果发现MnSb_(2)Te_(4)/Sb_(2)Te_(3)体系表现为拓扑平庸... 作为一种典型的拓扑态,量子反常霍尔效应引起了人们的广泛关注.本文通过第一性原理计算研究了不同层间距时的MnSb_(2)Te_(4)/Sb_(2)Te_(3)范德瓦尔斯异质结的电子结构及拓扑性质.结果发现MnSb_(2)Te_(4)/Sb_(2)Te_(3)体系表现为拓扑平庸相.而将MnSb_(2)Te_(4)中Te与Sb原子层距离调节为2.3A时,体系在自旋轨道耦合作用下出现了能带反转,实现了从拓扑平庸相到拓扑非平庸相的转变.能带结构和拓扑性质计算表明,体系陈数为1,且存在一个14.5meV的拓扑非平庸带隙、一维手性边缘态和量子化的霍尔电导,可实现零场下非零陈数的量子反常霍尔效应.我们的工作为其他磁性范德瓦尔斯体系实现量子反常霍尔效应的研究提供了参考. 展开更多
关键词 异质结 堆垛 能带反转 量子反常霍尔效应
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类特异材料半导体复合结构中的电子Tamm态 被引量：2
5
作者 武执政 余坤 +2 位作者 郭志伟 李云辉 江海涛 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期236-241,共6页
通过选取具有特殊能带结构的半导体材料碲镉汞(Hg1-xCdxTe),类比电磁体系得到了电子体系中的类单负材料、类双负材料等类特异材料,然后将其组合成一维复合异质结构.通过数值计算,发现复合结构中存在新型电子Tamm态,包括返向电子Tamm态... 通过选取具有特殊能带结构的半导体材料碲镉汞(Hg1-xCdxTe),类比电磁体系得到了电子体系中的类单负材料、类双负材料等类特异材料,然后将其组合成一维复合异质结构.通过数值计算,发现复合结构中存在新型电子Tamm态,包括返向电子Tamm态和含类近零折射率材料复合结构中的电子Tamm态.这些结果拓展了人们对电子Tamm态的认识. 展开更多
关键词 电子Tamm态 能带反转 碲镉汞
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磁流变弹性体基拓扑声子晶体弹性波传输可调性研究 被引量：1
6
作者 李潘玉 游世辉 +2 位作者 李维 张圣东 曾宪任 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期5151-5158,共8页
设计了一种由磁流变弹性体、硅胶、钨三种材料组成二维三组元蜂窝状的声子晶体,通过打破二维蜂窝状声子晶体的空间对称性实现了K点的狄拉克锥从打开到闭合后再打开状态,实现了第8和第9能带间的能带反转,通过构造类似量子霍尔效应的赝自... 设计了一种由磁流变弹性体、硅胶、钨三种材料组成二维三组元蜂窝状的声子晶体,通过打破二维蜂窝状声子晶体的空间对称性实现了K点的狄拉克锥从打开到闭合后再打开状态,实现了第8和第9能带间的能带反转,通过构造类似量子霍尔效应的赝自旋态实现了弹性波的拓扑传输。通过有限元法和平面波展开法研究了磁场与声子晶体禁带频率范围的变化规律,实现了弹性波拓扑传输通道的智能调节。此外,探明了不同金属芯体材料密度对声子晶体带隙的影响,研究结果可以为新型智能材料的研究及弹性波的精确引导等提供相应的参考。 展开更多
关键词 磁流变弹性体 声学超材料 主动调控 拓扑传输 能带反转
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声子晶体板中的第二类狄拉克点和边缘传输
7
作者 骆全斌 黄学勤 +3 位作者 邓伟胤 吴迎 陆久阳 刘正猷 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第18期197-203,共7页
在弹性板波体系中设计了一种具有第二类狄拉克点的声子晶体板.不同于第一类狄拉克点,第二类狄拉克点附近的色散具有大的倾斜,以致于等频面的几何形状由点状变成交叉的线状.微调结构的几何参数破缺该镜面对称性,可打开第二类狄拉克点简并... 在弹性板波体系中设计了一种具有第二类狄拉克点的声子晶体板.不同于第一类狄拉克点,第二类狄拉克点附近的色散具有大的倾斜,以致于等频面的几何形状由点状变成交叉的线状.微调结构的几何参数破缺该镜面对称性,可打开第二类狄拉克点简并,实现体系的能带反转.能带反转前后的二维声子晶体板属于不同的能谷拓扑相,不同拓扑相之间存在无带隙的拓扑保护界面态.不仅如此,由于弹性板波界面态的特殊应力分布,单一能谷相声子晶体板的边界上同样支持无带隙的弹性波传输.本文拓展类石墨烯体系中的二维狄拉克点和能谷态到第二类情形中,在同一结构中获得了界面和边界上的弹性波无带隙边缘传输.由于结构设计简单,可在微小尺寸下加工获得,为高频弹性波器件的设计和构造提供了可行的途径. 展开更多
关键词 声子晶体板 第二类狄拉克锥 弹性波 能带反转
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