近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室喬振華教授研究組與國內(nèi)外研究人員合作，在拓?fù)浣徊纥c反常電流分配規(guī)則的理論研究上取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在5月20日出版的《物理評論快報》上 。
拓?fù)淞孔討B(tài)及相關(guān)效應(yīng)（如拓?fù)浣^緣體、量子反�；魻栃�(yīng)、量子谷霍爾效應(yīng)等）是當(dāng)前凝聚態(tài)物理和材料物理領(lǐng)域的一大研究熱點。其主要特點是材料的體態(tài)是絕緣的，但是在邊界上存在受拓?fù)浔Ｗo的導(dǎo)電邊緣態(tài)。一般來講，實驗制備出的材料中通常并非只存在一種拓?fù)淞孔討B(tài)。如圖a所示，實際的體系中可能包括多個具有相反拓?fù)鋺B(tài)的區(qū)域。在兩個具有相反拓?fù)淞孔討B(tài)的區(qū)域的界線上，可以形成具有零彎曲阻力特性的拓?fù)涫芟抟痪S電子態(tài)。喬振華和合作者前期發(fā)現(xiàn)該拓?fù)涫芟揠娮討B(tài)，由于手型傳輸性質(zhì)和較寬的波函數(shù)分布而呈現(xiàn)零彎曲阻力特性。一個很現(xiàn)實且有趣的問題是：在拓?fù)浣徊纥c處入射的電流將會如何傳輸與分配？
研究人員以基于雙層石墨烯的由四端口構(gòu)成的最小拓?fù)浣徊纥c系統(tǒng)為范例，通過數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)在交叉點處出射電流遵守一個僅依賴于體系幾何構(gòu)型的分配率。如圖b所示，由于拓?fù)涫芟揠娮討B(tài)的的手型傳輸特征，右端入射電流反而不能沿著左導(dǎo)線直接向前出射，但可沿相鄰的上下兩通道轉(zhuǎn)過直角而出射。由于入射電流是垂直入射，系統(tǒng)的本征對稱性保證了上下出射的幾率相同。然而當(dāng)入射方向不垂直時，大部分出射電流反而傾向于沿著旋轉(zhuǎn)角大的方向傳輸（如圖c和圖d所示）。此外，雖然左邊導(dǎo)線不參與電流出射，但是其空間相對位置卻可極大地影響出射電流的分配。簡單的理論分析表明，這種反常電流分配特性主要源于入射和出射電子通道的波函數(shù)的空間重疊效應(yīng)以及沿著四條導(dǎo)線的拓?fù)涫芟揠娮討B(tài)的干涉效應(yīng)。
此項研究將有利于促進基于拓?fù)浣徊婢W(wǎng)絡(luò)的低耗散電流分流器以及量子干涉元器件的設(shè)計和應(yīng)用。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院“百人計劃”等資助。
(a) 不同拓?fù)鋺B(tài)組成的網(wǎng)絡(luò)示意圖，正/負(fù)用來表示各區(qū)域相反的外加電場或者相反的拓?fù)淞孔訑?shù)；(b) 當(dāng)右入射電流與下導(dǎo)線成90o，60o，120o入射角度時的電流的實空間分布示意圖。上，下和左導(dǎo)線上的三個百分?jǐn)?shù)表示出射在這三個導(dǎo)線上的電流的相對強度。
