传统二维电子气中的人工规范场与量子自旋霍尔态

基于 Born-Oppenheimer 近似，我们将自旋轨道耦合系统中的总电子哈密顿量划分为慢速轨道运动和快速带间跃迁过程。我们发现快速运动在垂直于电子动量的方向上诱导了一个作用于慢速轨道运动的规范场，从而引发拓扑相。基于这一通用设计原理，我们提出了一种在嵌入抛物线型渐变 GaAs/In$_{x}$Ga$_{1-x}$As/GaAs 量子阱并带有反点晶格的传统二维电子气中产生人工规范场和拓扑相的理论。通过调节反点晶格的刻蚀深度和周期，由叠加势引起的能带折叠导致了迷你能带的形成以及相邻子带间的能带反转。子带间自旋轨道相互作用打开了相当大的非平凡迷你能隙，并在这些能隙中导致多对螺旋边缘态。