耿虎 计青山 张存喜 王瑞†

1)(浙江海洋大学电子信息科学与工程系,舟山 316022)

2)(浙江海洋大学东海科学与技术学院,舟山 316000)

缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应∗

耿虎1)计青山2)张存喜1)王瑞1)†

1)(浙江海洋大学电子信息科学与工程系,舟山 316022)

2)(浙江海洋大学东海科学与技术学院,舟山 316000)

(2016年12月8日收到;2017年4月17日收到修改稿)

研究了缀饰格子中的量子自旋霍尔效应,模型中同时考虑了Rashba自旋轨道耦合和交换场的作用.缀饰格子具有简立方对称性,以零能平带和单狄拉克锥结构为主要特点.在缀饰格子中,不论是实现量子自旋霍尔效应还是量子反常霍尔效应,都需要一个不为零的内禀自旋轨道耦合作用来打开一个完全的体能隙,这与石墨烯等六角格子模型有着很大的不同.在交换场破坏了时间反演对称性的情况下,以自旋陈数为标志的量子自旋霍尔效应仍然能够存在,边缘态和极化率的相关结果也证明了这一结论.结果表明自旋陈数比z2拓扑数在表征量子自旋霍尔效应方面有着更广泛的适用范围,相应的结论为利用磁场控制量子自旋霍尔效应提出了一个理论模型和依据.

量子自旋霍尔效应,自旋轨道耦合,拓扑序

1 引 言

近年来,量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应[1−5]由于其在基础物理和纳米电子学等方面潜在的应用而得到了广泛的关注和研究[6−9].量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应都以完全打开的体能隙和……