基于赝自旋1狄拉克外尔费米系统的绝热量子泵浦的研究

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本文主要研究了石墨烯和赝自旋1狄拉克外尔费米系统中的绝热量子泵浦的输运性质。通常的经典泵浦是指系统内的物质通过从系统外吸收能量,使系统内发生由低势能向高势能输运物质流的现象。而在介观系统中,纳米器件即使在不加任何偏置振荡源的情况下,通过适当调控系统某些参数随时间周期性变化而产生直流电流和电压的物理过程就叫做量子泵浦。不同材料结构,对泵浦电流的影响是很显著的。赝自旋1狄拉克外尔费米系统是比较新的系统,对于它的研究很有物理意义。本文基于散射矩阵理论方法和绝热散射理论方法研究了石墨烯和赝自旋1狄拉克外尔费米系统的双方势垒结构中的透射概率与入射角的关系,我们发现与普通材料的透射概率有很大差异。通常在普通材料中的双方势垒结构的透射概率当势垒高时较小,当势垒比较低时透射概率较大,而其在某一能量值会发生共振隧穿,但是在石墨烯和赝自旋1狄拉克外尔费米系统的双势垒结构中,由于它们在低能态色散关系的特殊性,当入射角较小时,势垒越高,其透射概率反而大,甚至完全隧穿,而且完全隧穿不是对应于某个特定值而是一个连续范围,这就是克莱因隧穿效应。通过数值计算发现此结构中的泵浦电流也存在特异性。发现在石墨烯中,当其势垒高度大于费米能量范围内会同时出现正向电流和反向电流,而在小于费米能量范围内出现的都是正向电流。在赝自旋1狄拉克外尔费米系统中,发现在某些的较大的费米能量区间内,在任意入射角下,泵浦直流电流都以相同的方向流动,因此导致在狄拉克点以下产生尖锐的负向角平均泵浦电流,在狄拉克点以上产生尖锐的正向角平均泵浦电流,并且其角平均泵浦电流在狄拉克点不会发散。这在普通材料中是不可能出现的,这一现象的出现是因为系统特殊性而产生的克莱因隧穿效应。同时我们还计算了电流表达式的相关量Berry曲率函数的数值结果,并且用此结果去对泵浦电流大小和方向进行解释和分析,同时验证了经典旋转栅门机制与Berry相位图的一致性。
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