具有长程跃迁的螺旋有机分子中Thouless电荷泵拓扑相变的实现

近期研究表明，当旋转电场垂直于螺旋轴施加时，螺旋有机分子（如DNA与$\alpha$-螺旋蛋白）可表现为Thouless量子泵。本文研究长程跃迁对单螺旋有机分子中电子拓扑泵浦的影响。在由衰减指数$\mu$控制的长程跃迁变化下，我们发现分子能带结构中的能隙在衰减指数的临界值$\mu_c$处闭合，并在$\mu$偏离$\mu_c$时重新打开。泵浦循环中的相关体能带在强（$\mu<\mu_c$）与弱（$\mu>\mu_c$）长程跃迁区间获得不同的Chern数，在临界处发生突变。该拓扑相变也被证明可区分泵浦过程中带隙端态的两种不同行为。端态承载由旋转电场泵浦的量子化电流，该电流在扫过费米能隙时形成平台。在强跃迁相中，量子化电流平台为正，在弱跃迁相中反转为幅度较小的负值。然而，由于分子有限尺寸，该反转是平滑渡越而非尖锐转变。我们表明，该拓扑相变的这些输运特征亦可在有限温度下观测到。