非均匀磁场中石墨烯的磁边缘态

我们在量子霍尔区域和低能极限下，理论研究了置于 $xy$ 平面上的石墨烯片在空间非均匀磁场中的电子性质，其中磁场在一个区域为 $B = B_0 \hat{z}$，在另一区域为 $B = B_1 \hat{z}$。我们发现，沿两个区域边界形成的 Dirac 费米子磁边缘态，其特性强烈依赖于 $B_0$ 与 $B_1$ 是平行还是反平行。在平行情况下，当忽略 Zeeman 自旋分裂时，源自两个区域 $n=0$ Landau 能级的磁边缘态具有无色散能级，这与源自 $n \ne 0$ 能级的态相反；此处 $n$ 为石墨烯 Landau 能级指标。当 Zeeman 分裂变为有限值或额外施加静电阶跃势时，这些态变得具有色散。在反平行情况下，$n=0$ 磁边缘态分裂为类电子和类空穴的载流态。类电子态与类空穴态之间的能隙可由 Zeeman 分裂或阶跃势产生。这些特征归因于磁边缘态的赝自旋与磁场方向的耦合。我们提出了一种石墨烯纳米带中的 Aharonov-Bohm 干涉仪装置，用于实验研究磁边缘态。