二维莫尔超晶格中的非线性霍尔效应

1879年发现的霍尔效应是凝聚态物理学中最古老也是最重要的领域之一.最近发现的非线性霍尔效应是霍尔效应家族的新成员.与大部分需要打破时间反演对称的霍尔效应不同,非线性霍尔效应存在于少数空间反演破缺但仍具有时间反演对称的系统中,并且因其高频特性和不需额外施加磁场而在诸多领域具有令人期待的应用前景.然而,除空间反演破缺以外,非线性霍尔效应对材料对称性的要求十分苛刻,只在极少数材料中观测到了由贝里曲率偶极矩产生的非线性霍尔效应.近年来快速发展的范德瓦耳斯堆叠技术为剪裁和调控晶体的对称性,制备具有特殊物理性质的人工二维莫尔晶体提供了一个崭新的途径.本文主要围绕二维莫尔超晶格结构在实现非线性霍尔效应方面的特性,介绍了近年来理论和实验上石墨烯超晶格以及过渡金属硫族化合物超晶格中非线性霍尔效应的研究进展,并展望了未来基于二维莫尔超晶格材料的非线性霍尔效应的研究方向和应用前景.     

霍尔效应误差分析及霍尔应用

霍尔效应是研究半导体性质的重要手段,但霍尔电压的测量受到多种副效应的影响。通过分析误差来源加实验论证来探索对称测量法的优势,并且发现除四种常见热磁效应以外,仍存在附加电压。经过一些研究,提供了一些减小误差的方案。考虑到大学物理实验中没有设计霍尔效应的生活应用,本文简单介绍了霍尔开关原理及应用,希望通过本文对教学改革有进一步的推进作用。     

SOS: 对称操作相似原理

凝聚态物理学往往为对称性所支配。自发对称性破缺将导致相变，而且许多可观测量或物 理现象都与破缺的对称性有关，如铁电极化、铁磁磁化、旋光性（包括法拉第旋转和磁光克尔旋 转）、二次谐波发生、光伏效应、非互易性、霍尔效应型输运以及多铁性。在这里，我们提出以 下观点：从对称性破缺的角度来看，当构成量（如自旋排列、晶格畸变，或处于外场以及其他环 境中等）或测量方式（如光学探测，或处于不同极性态中电子和其它粒子探测，或对体极化[磁 化] 等的测量）遵循对称操作相似(symmetry operational similarity, SOS) 原理时，我们便可以 观测到某些特定的物理现象。这种SOS原理提供了一种在复杂材料中用简洁而清晰的物理图像描 述非直观物理现象的途径。反之，也可以用于甄别具有潜在需求特性的新材料，或发现已知材料 中新的物理现象。     

用电子运动定性解释p型半导体中的霍尔效应

如图1所示,一块半导体样品当沿X方向通以电流I,沿Z方向加以磁场B,在Y方向则产生一霍尔电场EH,这种现象称为霍尔效应.实验表明,在图1所示样品电流I和磁场B的情况下,n型半导体样品(图 1a)所产生的霍尔电场 EH指向负Y方向,而p型样品(图1b)所产生的霍尔电场EH则指向正Y方向,二者正好相反.为了表示这个差别.将p型半导体样品的霍尔系数R定为正值,而n型样品的霍尔系数R则定为负值. 目前各种书上对n型和p型半导体霍尔效应的定性解释都是这样的,n型样品载流子是电子.如图 Za所示,当沿正 X方向通以电流人沿正z方向加以磁场B时.电子在洛仑兹力 …     

Rashba自旋轨道耦合下square-octagon晶格的拓扑相变

本文研究了各向同性square-octagon晶格在内禀自旋轨道耦合、Rashba自旋轨道耦合和交换场作用下的拓扑相变,同时引入陈数和自旋陈数对系统进行拓扑分类.系统在自旋轨道耦合和交换场的影响下会出现许多拓扑非平庸态,包括时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态和量子反常霍尔态.特别的是,在时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应中,无能隙螺旋边缘态依然能够完好存在.调节交换场或者填充因子的大小会导致系统发生从时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态到自旋过滤的量子反常霍尔态的拓扑相变.边缘态能谱和自旋谱的性质与陈数和自旋陈数的拓扑刻画完全一致.这些研究成果为自旋量子操控提供了一个有趣的途径.     

演示小位移传感器的装置制作

本文介绍了半导体材料的霍尔效应及磁阻效应,讨论了霍尔磁阻元件的特性,提出位移传感器的工作原理、结构设计,并详细说明安装和调试过程.演示装置结构简单、物理概念清晰、易于操作.它将磁场的变化无接触转化为材料的电阻变化,从而把与磁场变化相联的位移形式转化为电信号输出,形成位移传感器.由实验数据和图示曲线表明:测量桥路输出电压随磁钢和霍尔片之间的距离变化而变化;另外,测量桥路的测量灵敏度随工作电流IC增加而提高.通过本装置可以对霍尔磁阻效应、一种小位移测量传感器原理和方法进行演示和探究.在课堂教学、课程设计等场合,直观显示霍尔元件的各种效应和技术应用,有着良好的教学效果.     

声子角动量与手性声子

在经典的物理学理论中,声子广泛地被认为是线极化的、不具有角动量的.最近的理论研究发现,在具有自旋声子相互作用的磁性体系(时间反演对称性破缺)中,声子可以携带非零的角动量,在零温时声子除了具有零点能以外还带有零点角动量;非零的声子角动量将会修正通过爱因斯坦-德哈斯效应测量的回磁比.在非磁性材料中,总的声子角动量为零,但是在空间反演对称性破缺的六角晶格体系中,其倒格子空间的高对称点上声子具有角动量,并具有确定的手性;三重旋转对称操作给予声子量子化的赝角动量,赝角动量的守恒将决定电子谷间散射的选择定则;此外还理论预测了谷声子霍尔效应.     

霍尔效应测量磁场实验中副效应的研究

用换向法对实验室的霍尔效应仪进行了测量,结果表明各种副效应中以不等位电势差的贡献最大,而能斯特效应和里吉-勒迪克效应的贡献可以忽略.测量结果还显示存在一项额外的副效应,这一副效应与霍尔电流的平方成正比,与外磁场无关,其性质与一般教科书中提到的各种副效应都不同,应该是由霍尔电流的热效应引起的温差电动势.根据上述结果,对换向法的公式进行了相应的修正.     

霍尔效应中的副效应及其消除方法

前言近年来霍尔效应在半导体材料测量中,有着广泛的应用.霍尔元件的主要用途:1.测量磁场;2.测量交、直流电路中的电流强度和功率;3.转换信号,能把直流电流转换成交流电流,对它进行调制,可放大直流或交流信号等;4.对各种物理量进行四则、乘方、开方运算.在确定纯度,材料的补偿度、外延异质材料的电学性质、高阻率材料导电类型的判断及新材料的研究等方面,却有它独特的作用.     

声子晶体中的多重拓扑相

研究了圆环型波导依照蜂窝结构排列的声子晶体系统中的拓扑相变.利用晶格结构的点群对称性实现赝自旋,并在圆环中引入旋转气流来打破时间反演对称性.通过紧束缚近似模型计算的解析结果表明,没有引入气流时,调节几何参数,系统存在普通绝缘体和量子自旋霍尔效应绝缘体两个相;引入气流后,可以实现新的时间反演对称性破缺的量子自旋霍尔效应相,而增大气流强度,则可以实现量子反常霍尔效应相.这三个拓扑相可以通过自旋陈数来分类.通过有限元软件模拟了多个系统中边界态的传播,发现不同于量子自旋霍尔效应相,量子反常霍尔相系统的表面只支持一种自旋的边界态,并且它无需时间反演对称性保护.     

调制磁场交流霍尔电压测量技术

霍尔效应测量伴随着多种副效应,直流换向法在变温测量中存在难以克服的技术缺点.采用调制磁场与交流样品电流测量技术,并选择后者频率为前者的整数倍.当数据采样历遍调制磁场完整周期时,实验结果等效于磁场和样品电流换向测量.利用数字锁相放大器对被测信号谐波分量离散傅里叶分析原理,实现调制磁场交流霍尔电压实时测量.实验说明调制磁场交流霍尔测量技术方案的合理性,进而由变温霍尔测量结果表明该方法的科学性.     

洛伦兹对称破缺框架下的广义克莱因-戈尔登谐振子

在洛伦兹对称破缺的背景下研究了广义克莱因-戈尔登谐振子,主要使用Nikiforov-Uvarov方法分析了有磁场和无磁场两种情况下的克莱因-戈尔登谐振子.在此基础上,详细分析了具有康奈尔势函数的克莱因-戈尔登谐振子的一些特殊情况.结果表明,广义克莱因-戈尔登谐振子的波函数和能量本征值明显依赖于洛伦兹对称破缺效应,另外,康奈尔势函数对克莱因-戈尔登谐振子也有着不可忽略的影响.     

磁性拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应

量子反常霍尔绝缘体,有时也被称为陈数绝缘体,是不同于普通绝缘体和拓扑绝缘体的一类新的二维绝缘体,该体系具有可被实验观测的特殊物理性质—量子反常霍尔效应。该体系的物态不能用朗道对称性破缺理论来描写,而要用到拓扑物态的概念。它的发现也经历了从反常霍尔效应的内秉物性阐释,到量子自旋霍尔效应与拓扑绝缘体的发现,再到磁性拓扑绝缘体的理论预测与实现,并最终成功实验观测的漫长过程。由于量子反常霍尔效应的实现不需要外加磁场,而此时样品的边缘态可以被看成一根无能耗的理想导线,因此人们对于其将来可能的应用充满了期待。本文将从理论的角度简单综述该领域的发展历程、基本概念、以及相关的材料系统。     

对称测量法在霍尔元件测磁场中的应用

在用霍尔元件测磁场时,一般采用对称测量法以消除各种附加电压的影响,当出现某种附加电压大于霍尔电压这种特殊情况时,该测量方法更为必要．     

一类三次方对称离散混沌系统的分岔控制

通过分析对称性破缺分岔机制, 采用了一个直接的、有效的线性控制器, 精确控制了一类三次方对称离散混沌系统发生对称性破缺分岔和倍周期分岔时分岔点的位置. 进而分析了系统对初始值的敏感性和对称性, 选择合适的吸引域, 将对称性破缺分岔进行进一步控制, 从而使得对称性破缺分岔所缺解枝得以恢复. 数值结果表明了该控制器的有效性. 关键词： 离散混沌系统 对称性破缺 倍周期 分岔控制     

对称测量法在用霍尔元件测磁场实验中不容忽视

用霍尔元件测磁场时,一般采用对称测量法支消除各种附加电压的影响 ,当出现某种随加 压大于霍尔电压的特殊情况时,该测量方法更和要。     

关于霍尔效应实验的误差分析

霍尔效应实验是一个受系统误差影响较大的实验,特别是在霍尔效应产生的同时,伴随产生的其他效应引起的附加电场对实验影响较大.本文简单介绍该实验的原理和实验误差的来源,使用Origin 6.0软件处理实验数据,分析附加电场对霍尔电压和电流线性关系的影响,以及对霍尔系数测量值的影响.结果表明:附加电场的存在不会影响所测霍尔电压和电流U-Is的线性关系,但对霍尔系数的测量有较大影响.     

类涡旋激发持续到远高于Tc的温度

金属和半导体的磁电效应在凝聚态物理研究中占有重要地位 .例如 ,通过霍尔效应和磁电阻的测量 ,可以决定半导体中载流子的符号、浓度和迁移率 ,决定材料中电子散射机制 ,进而探索电子结构 .磁电效应测量按电流和外场的相对取向以及是否存在温度梯度 ,被分为若干类 ,让我们举例说明 .令矩形被测样品躺在ｘｙ平面 ,测量电流Ｊｘ 沿ｘ方向通入 ,外场Ｂ⊥ 与样品表面垂直即沿ｚ方向 .如果我们测量横向电场Ｅｙ,则得到霍尔效应 ;如果测量横向温度梯度δＴ δｙ ,则得到埃廷斯豪森 (Ｅｔｔｉｎｇ ｓｈａｕｓｅｎ)效应 ;如果测量的是纵向温度梯度δ…     

变温霍尔效应简易测量方法

变温霍尔效应实验重点在于半导体载流子输运特性分析,但是磁场和样品电流手动换向影响了测量准确性.利用原有设备测控功能并增加继电器实施磁场换向,实现由计算机测控的变温霍尔效应简易测量方法.在手动测量理解实验技术原理的基础上,通过自动化测量使教学实验从定性观测提升到半定量测量分析层次.实验教学方案优化不仅拓展数据处理方法,还丰富了实验教学内容和物性分析结果.     

探测B_s~0-_s~0混合中的R宇称破缺超对称效应(英文)

最近由CDF合作组和DΦ合作组测量的Bs质量差ΔMs粗略地与标准模型预测值一致,因此这些测量将对限制超出标准模型的新物理信号提供一个机会．考虑Bs0-s0混合中的R宇称破缺超对称效应,并用最近ΔMs的实验结果去限制树图的R宇称破缺耦合．然后,通过从ΔMs实验限制得到R宇称破缺耦合的参数空间,显示在Bs宽度差ΔΓs中的R宇称破缺超对称效应．