三维拓扑绝缘体的磁电耦合效应与冷暗物质轴子

李成德

(中南民族大学 电子信息工程学院，武汉 430074)

量子物理领域一系列新奇的量子现象和量子物态的发现，推动了以纳米材料为代表的众多高新科技的应用与发展.随着电子学和半导体工业的飞速发展，各种电子信息技术产品已经应用到生活的各方面.半导体芯片上单位面积晶体管的数目的快速增加，使得晶体管的微观尺寸逼近纳米范围，量子尺寸效应越来越明显，器件热耗散等问题日益突出，传统的半导体工业已经濒临发展的极限.在应用需求的驱动下，自旋电子学[1-3]应运而生. 基于自旋特性的电子器件利用电子的自旋自由度而非电子的电荷来存储和处理信息，与传统的电子器件相比，可以有更低的能量损耗和更快的信息处理速度，而且可以与量子信息技术很自然地对接.

拓扑绝缘体(TI)[4-6]是随着自旋电子学的发展而新出现的一种全新的量子物态.拓扑绝缘体的由来与量子霍尔效应(QHE)、量子自旋霍尔效应(QSHE)等现象紧密相连[8-12].拓扑绝缘体的体态和普通的绝缘体一样，费米能级附近存在能隙.但是在自旋轨道耦合作用下，拓扑绝缘体的表面(对应三维拓扑绝缘体)或与普通绝缘体的界面上会出现无能隙、且具有线性色散关系的表面态或边界态(对应二维拓扑绝缘体)，这些电子由无质量的狄拉克(Dirac)方程来描述，其边界态受时间反演对称性保护，不存在由于杂质导致的背散射，由此电阻和能耗很小，可望克服现有……