關(guān)于自旋霍爾效應(yīng)

1、量子自旋霍爾效應(yīng) 量子自旋霍爾效應(yīng)“量子自旋霍爾效應(yīng)”[1]找到了電子自轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的規(guī)律。利用這個(gè)規(guī)律可以使電子以新的姿勢(shì)非常有序地“舞蹈” ，從而使能量耗散很低。這種新奇的物理現(xiàn)象有可能給未來的信息革命帶來重大影響，電腦甚至量子計(jì)算都將隨之發(fā)生巨大改變。張首晟曾表示，“量子自旋霍爾效應(yīng)”的理論研究以及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，對(duì)科學(xué)界和信息產(chǎn)業(yè)界來說，都將是一次大洗牌的機(jī)會(huì)。這一領(lǐng)域的突破所帶來的歷史機(jī)遇，對(duì)中國(guó)的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)界的自主創(chuàng)

2、新也都是十分難得的。希望國(guó)家有計(jì)劃地大力投入，做好戰(zhàn)略布局，瞄準(zhǔn)這一理論預(yù)言展開更廣泛的探索，加快研究步伐，搶占自主創(chuàng)新制高點(diǎn)?；魻栃?yīng)(classical 霍爾效應(yīng))：以二維金屬為例，我們?cè)诖怪狈较蚣右粋€(gè)比較強(qiáng)的磁場(chǎng)，然后在二維金屬里沿一個(gè)方向通直流電流，然后我們會(huì)在垂直于電流，磁場(chǎng)的方向獲得一個(gè)電壓，這個(gè)就是經(jīng)典的霍爾效應(yīng)，我們稱這個(gè)電壓為橫向電壓，區(qū)別于沿電流方向的電壓，有這個(gè)橫向電場(chǎng)和電流我們可以定義一個(gè)霍爾電導(dǎo)。這些都可以在經(jīng)

3、典電動(dòng)力學(xué)（電磁學(xué)）的框架內(nèi)解釋。Quantum Hall Effect:實(shí)驗(yàn)圖像和經(jīng)典的基本上一樣，只是我們測(cè)到的霍爾電導(dǎo)是一個(gè)個(gè)分立的值，而不是連續(xù)的值，而且隨外加磁場(chǎng)的變化呈現(xiàn)一種振蕩的變化。這個(gè)就是量子霍爾效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)是體系態(tài)密度在磁場(chǎng)下量子化的結(jié)果，只能在量子力學(xué)的框架下解釋。量子霍爾效應(yīng)中對(duì)量子電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的是邊界態(tài)，也就是說導(dǎo)電電子是在材料的邊界上走的。自旋量子霍爾效應(yīng)：和霍爾效應(yīng)一樣，電子在邊界上走?；魻栃?yīng)里電

4、子在某一個(gè)邊界上只沿一個(gè)方向走，但是在自旋量子霍爾效應(yīng)中，每一個(gè)邊界上有兩條邊界態(tài)構(gòu)成的 band，每有一個(gè)（k，+）態(tài)，那么有一個(gè)另一個(gè) band 上對(duì)應(yīng)的（-k,-）態(tài)，這兒后面的+,-代表自旋。因此電子有沿一個(gè)方向走的，也有沿反方向走的。它們數(shù)目相等，因此沒有凈電流，沒有霍爾電導(dǎo)。但是這兩種沿不同方向 propagating 的電子的自旋方向相反，因此有一個(gè)凈的自旋流，而且類似于霍爾效應(yīng)，這個(gè)自旋流的自旋 conductance

5、也是量子化的，因此稱為自散射。并且任何塊體的非拓?fù)湫巫兌疾粫?huì)使表面態(tài)有重大改變。而在三維體系向二維體系過渡的過程中，由于上下表面金屬態(tài)之間的隧道耦合，將打開一個(gè)隨厚度振蕩的帶隙，從而使表面態(tài)遭到破壞。表面態(tài)向完全二維體系的邊緣態(tài)演化，最終形成完全局域在表面邊緣的邊緣態(tài)。什么是自旋霍爾效應(yīng)我最近在做自旋霍爾效應(yīng)方面的研究。自旋霍爾效應(yīng)是橫向電場(chǎng)作用下產(chǎn)生縱向自旋流的效應(yīng)，這個(gè)時(shí)候可以不伴隨電荷霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)無耗散過程，樣品不發(fā)熱。不

6、過到底這種效應(yīng)存不存在（特別對(duì)于本征的情況），現(xiàn)在看來還是未知數(shù)。話說回來，科學(xué)的進(jìn)程中本來就沒有一定的。自旋霍爾效應(yīng)到最后很難說，但它確實(shí)是科學(xué)的一種嘗試。在置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體里通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在電流與磁場(chǎng)都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。什么是霍爾效應(yīng) 什么是霍爾效應(yīng)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的導(dǎo)體的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差