狄拉克物质的多种探针：从石墨烯到拓扑绝缘体
介观与纳米尺度物理
2013-03-26 v1 强关联电子
摘要
石墨烯，即原子级厚度的碳原子层，于 2004 年由曼彻斯特大学 [1, 2] 和哥伦比亚大学 [3] 的两个研究小组首次在绝缘衬底上分离出来。这些里程碑式的实验确立了石墨烯中电荷载流子的狄拉克性质。同年，C.L. Kane 和 E.G. Mele 预测，如果石墨烯中的本征自旋 - 轨道耦合足够强，将导致一种称为量子自旋霍尔（QSH）态的新型电子物质态 [4, 5]。QSH 态的特征是围绕绝缘体体态循环的导电无能隙边缘态。这些边缘态受到一种新的 性质拓扑不变量的保护，免受适度无序和相互作用的影响。虽然石墨烯中的自旋 - 轨道耦合强度太弱，但很快有预测 [6] 并经输运实验验证 [7, 8]，QSH 态在 HgTe/CdTe 量子阱中得以实现。在本手稿中，我将总结这一聚焦于狄拉克物质（包括石墨烯和拓扑绝缘体）的巨大研究领域中的一些选定方面。所谓狄拉克物质，我们指的是各种其激发服从相对论性狄拉克方程而非非相对论性薛定谔方程的系统。本报告主要关注以石墨烯为指南的二维拓扑绝缘体。第一章推导了石墨烯的半金属特性并讨论了狄拉克点的对称性保护，而第二章和第三章分别致力于陈绝缘体和 QSH 绝缘体。
引用
@article{arxiv.1303.5902,
title = {Various probes of Dirac matter: from graphene to topological insulators},
author = {J. Cayssol},
journal= {arXiv preprint arXiv:1303.5902},
year = {2013}
}
备注
First chapters of my habilitation thesis (short tutorial on graphene and 2D topological insulators); 42 pages; comments are welcome