拓撲絕緣體：基礎及新興應用

目錄
總序
前言
第1章 拓撲絕緣體的基本理論 1
1.1 拓撲序與拓撲相 1
1.1.1 朗道相變理論 1
1.1.2 拓撲序的引入 2
1.1.3 動量空間中的拓撲序和陳數(shù) 3
1.1.4 拓撲相的特點 5
1.2 二維拓撲絕緣體和量子自旋霍爾效應 6
1.2.1 邊緣態(tài)的產生 6
1.2.2 TKNN原理和第一陳數(shù) 7
1.2.3 Z2馬拓撲不變量和量子自旋霍爾效應 9
1.3 三維拓撲絕緣體 11
1.3.1 能帶反轉 11
1.3.2 薄層三維拓撲絕緣體的能帶結構 12
1.4 拓撲絕緣體的物理性質 14
1.4.1 自旋軌道耦合 14
1.4.2 元背散射的輸運行為 14
1.4.3 量子相干與反弱局域化效應 15
1.4.4 拓撲表面態(tài)在強磁場中的行為 15
參考文獻 16
第2章 拓撲材料體系 18
2.1 二維拓撲絕緣體 19
2.1.1 石墨烯 20
2.1.2 HgTe/CdTe量子阱結構 22
2.1.3 其他體系 24
2.2 三維拓撲絕緣體 25
2.2.1 第一類三維拓撲絕緣體 26
2.2.2 第二類三維拓撲絕緣體 28
2.3 有機拓撲絕緣體 30
2.4 拓撲近藤絕緣體 32
2.5 拓撲晶體絕緣體 34
2.5.1 Pb1-xSnxTe 35
2.5.2 Pb1-xSnxSe 38
2.6 拓撲超導體 38
2.7 外爾半金屬 41
2.7.1 第一類外爾半金屬 42
2.7.2 第二類外爾半金屬 44
參考文獻 48
第3章 拓撲絕緣體的制備方法 52
3.1 拓撲絕緣體單晶塊材的生長 52
3.1.1 拓撲絕緣體單晶塊材生長方法 52
3.1.2 拓撲絕緣體單晶塊材的能帶工程 55
3.2 拓撲絕緣體低維納米結構的制備 58
3.2.1 剝離法制備拓撲絕緣體納米片 59
3.2.2 溶液法合成拓撲絕緣體納米結構 62
3.2.3 化學氣相沉積生長拓撲絕緣體納米結構 65
3.2.4 分子束外延生長拓撲絕緣體 72
3.2.5 范德瓦耳斯外延生長拓撲絕緣體 77
參考文獻 86
第4章 拓撲絕緣體的性質表征 90
4.1 掃描隧道顯微鏡和隧道譜 90
4.1.1 掃描隧道顯微鏡和隧道譜技術基礎 90
4.1.2 掃描隧道顯微鏡在拓撲絕緣體材料研究中的應用 92
4.1.3 掃描隧道譜在拓撲絕緣體材料研究中的應用 94
4.2 角分辨光電子能譜 100
4.2.1 角分辨光電子能譜基礎 100
4.2.2 拓撲絕緣體的角分辨光電子能譜 106
4.3 拓撲絕緣體的電學輸運測量 111
4.3.1 量子相干效應 111
4.3.2 反弱局域化效應 113
4.3.3 舒布尼科夫-德哈斯量子振蕩 114
4.3.4 量子霍爾效應 116
4.3.5 量子自旋霍爾效應 119
4.3.6 量子反常霍爾效應 123
參考文獻 126
第5章 拓撲絕緣體的應用 130
5.1 拓撲絕緣體自旋電子器件 130
5.1.1 自旋電子學的形成與發(fā)展 131
5.1.2 基于拓撲絕緣體/鐵磁界面的自旋電子器件 132
5.2 拓撲絕緣體納電子器件 134
5.3 拓撲絕緣體光電器件 137
5.3.1 拓撲表面態(tài)光電流的產生和控制 137
5.3.2 拓撲絕緣體在光熱電器件中的應用 138
5.3.3 拓撲絕緣體表面態(tài)光電子的操縱及其在光電陰極器件中的潛在應用 139
5.3.4 拓撲絕緣體中的超快表面光電流及其在超快光電器件中的潛在應用 140
5.4 拓撲絕緣體透明導電薄膜 142
5.4.1 基于拓撲絕緣體Bi2Se3二維薄膜的柔性透明電極 143
5.4.2 基于拓撲絕緣體二維網格的寬光譜柔性透明電極 146
5.4.3 基于Cu插層拓撲絕緣體Bi2Se3復合物的網格透明電極 149
5.5 拓撲絕緣體熱電材料 150
5.5.1 拓撲絕緣體的熱電效應 150
5.5.2 拓撲絕緣體熱電材料體系 151
參考文獻 153
關鍵詞索引 156