拓扑绝缘体表面台阶势垒电子输运性质的研究

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  在当前的凝聚态物理领域中,拓扑绝缘体的研究已经成为一个热点。它是一种新物态,既与普通绝缘体一样具有能隙,又在边界处具有边缘金属态,而这种无能隙的金属态决定于体电子态的拓扑结构,而且其色散关系是线性的。因为这种独特的能带结构以及无质量狄拉克费米子所具有的特殊性质,引起了人们对拓扑绝缘体的广泛关注。人们期望能够通过研究拓扑绝缘体的输运性质,在实验中观测到其表面或边界处的金属态,并探索它实际的应用前景,而且这些新材料特殊的物理性质将对量子计算和自旋电子学等领域的发展具有巨大的推动作用。   本文对拓扑绝缘体表面上台阶势垒的电子输运性质进行了研究,我们从狄拉克方程出发,对拓扑绝缘体表面上台阶势垒的波函数进行了分析,并且利用传递矩阵理论对台阶势垒中电子的透射概率和电导进行了计算。我们发现拓扑绝缘体表面中透射概率随电子入射角变化的曲线中共振峰个数的多少与其垒宽有关,垒宽越大,共振峰的个数越多,而且拓扑绝缘体表面中的透射概率由势垒的高度决定,并存在克莱因隧穿。我们利用传递矩阵理论和 Landauer-Bu ttiker 公式计算台阶势垒中的电导,出现了共振隧穿现象,我们还发现电导随台阶势垒高度差的变化出现了开关效应,因此我们就可以通过调节费米能级以及台阶势垒高度差来控制电导。
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