拓扑绝缘体的输运性质研究

拓扑绝缘体是近年来被广泛研究的一类新型凝聚态物质。它们的主要特点是准粒子激发在体内存在能隙，但在边界上是无能隙的。由于受拓扑保护的无能隙边界态，这类系统可呈现特殊的输运性质。近年来人们从Anderson局域化、微分拓扑学等几个不同的角度对拓扑绝缘体（或超导体）进行了系统的分类。本项目拟研究包含拓扑绝缘体（或超导体）的介观复合系统（如正常/拓扑/正常，拓扑A/拓扑B等二端复合结构）的输运性质，从数值方法和能带、波函数的分析等角度讨论各种不同的界面对输运性质的影响。我们将着重讨论：（1）Andreev电导，(2)无序的作用，（2）含有Majorana费米子的复合结构的的输运性质，并由此讨论检测Majorana费米子的方法。 我们的研究目标是扩展目前人们对拓扑绝缘体（或超导体）在实际系统中的输运性质的了解，并期望对实验结果进行更加深入和定量的讨论。

在本项目的资助下, 我们在近三年开展了与拓扑绝缘体和石墨烯为代表的新材料中的输运的性质的研究工作, 取得了一系列的研究成果。主要的成果简述如下: 1、通过散射矩阵的对称性分析给出了拓扑绝缘体表面态/边缘态连通性的一般性证明; 2、分析了无序驱动的二维Anderson 拓扑绝缘体的尺度依赖性; 3、研究了悬空石墨烯的力学共振效应驱动的量子泵浦效应,分别讨论了电荷与谷自旋(Valley)的泵浦效应,给出了一种产生和检测Valley流的方案;4、研究了单双层石墨烯复合结构的量子霍尔效应以及石墨烯纳米带在掺杂条件下的一些输运性质。