点电荷在拓扑绝缘体和导体中感应磁单极

利用电势和磁标势的第一类零阶贝塞尔函数的公式及拓扑绝缘体材料的本构关系, 推导了点电荷在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体三个区域的感应电势及感应磁标势. 研究表明: 点电荷 在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体中感应了像电荷和像磁单极; 感应像电荷和感应像磁单极的大小和正负除了与场源电荷、 拓扑绝缘体材料参数等因素有关外, 还与像电荷和像磁单极所处的空间位置有关.     

《电介质物理学》——《凝聚态物理学丛书》中又一新书

由方俊鑫、殷之文主编的《电介质物理学》最近与读者见面了,这是《凝聚态物理学丛书》中的又一新书,这是一部历经近十年艰苦奋斗而问世的难得的好书. 有人认为,电介质就是绝缘体,其实这是一种比较经典的认识.自从人类对电的认识和应用开始以后,电介质就相应问世.当时的电介质仅用作为分隔电流的绝缘材料,而经典的电介质物理学就是以绝缘介质的介电常数、损耗、电导和击穿等所谓四大参数为其主要内容的, 30年代以后,随着电子技术、红外、激光、声学及其他许多新技术的出现和应用,电介质已远远不是仅作为绝缘材料了.特别是极性电介质的出现和…     

电介质及其在经济建设中的重要作用

一、电介质物理的发展简史 人们习惯于把电导为零(绝缘体)或禁带很宽的物质称为电介质.但电介质更确切的定义是在电场作用下发生极化的物质,或者说是靠感应而不是靠传导传递电能的物质. 电介质的研究虽然已有150多年的历史,但系统深入的研究,还是从本世纪开始.这是由于经济建设的需要,工作电压越来越高,到处尖锐地存在着怎样绝缘的问题;由于微波和雷达技术的出现,要求在微波频率下损耗更小的介质作为天线及其它功能元件;激光与极性电介质有很密切的关系,例如铁电体和压电体的电光效应和非线性光学效应,已在激光的研究、发展和应用中起到很重…     

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。     

电介质物理及其进展

电介质是在日常生活、生产和国防建设中应用面最广、接触得最多的物质之一.若以物态来划分,在常温、常压下,它们有气态、液态和固态2;若以化学组分来划分,它们有无机和有机两大类;如以结构来划分,仅就固体而言,就有单晶(周期性晶格结构),多晶和微晶,非晶(原子的排列短程有序、长程无序),聚合物,表面和界面及低维结构等形式[1]. 理想的电介质是不导电的,因此过去习惯于把电介质称作绝缘体.但电导真正为零的物质是没有的,绝缘是相对的而且只是介电性质的一部分.在许多新型的电介质中.如铁电半导体[2]、压电半导体,生物电介质、以至金属氧化物…     

磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应——无需外磁场的量子化霍尔效应

文章从平常霍尔效应出发,介绍了反常霍尔效应及其内秉物理机制,并在此基础上介绍了其量子化版本——量子化反常霍尔效应.然后从拓扑有序态的角度,重点讨论了量子化反常霍尔效应与量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等之间的区别与内在联系.最后介绍了通过在拓扑绝缘体(Bi2Se3,Bi2Te3和Sb2Te3)薄膜中掺杂过渡金属元素(Cr或Fe)实现量子化反常霍尔效应的方法.     

极化电荷与自由电荷之间区别的演示实验

通过将导体放入静电场发生的静电感应现象和将绝缘体（电介质）放入静电场发生的极化现象,演示一组实验,生动地显示了电介质被极化出的正、负电荷,既不能离开电介质,也不能在电介质中自由移动,就是将带有极化电荷的电介质与导体接触,极化电荷也不会与导体上的自由电荷中和,即极化电荷牢固地束缚在介质上．说明极化电荷与自由电荷之间的本质区别,加深学生对这些概念的理解和运用．     

固体电介质的高场电导

一、引 言 固休电介质电导本质的研究一直引人注目,不仅因为它对高压设备中绝缘材料和半导体器件有极为重要的工程价值,而且还有探索材料结构和性能关系的理论价值.按照能带理论,理想绝缘体不存在自由载流子(电子或空穴).然而,实际电介质由于本征或杂质机理,例如从电极注入或杂     

电磁涨落场引起的反常自举电流的准线性估计

本文研究了电磁涨落场产生的反常自举电流,得到了在低等离子体碰撞频率下该电流的一些重要特征。我们将所得到的反常自举电流与新经典理论预言的结果进行了比较,并讨论了反常自举电流与实验观测之间的可能联系。     

强流二极管绝缘体滑闪监测及其影响

 以闪光二号加速器为研究平台, 建立了微分环阵列和Rogowski线圈同时监测二极管电流的方法,监测了二极管绝缘体表面的滑闪现象。根据电流探头测量结果的差异,分析了绝缘体滑闪对电子束流参数的影响。二极管绝缘体出现滑闪,位置附近的微分环波形严重畸变,其它位置的微分环和Rogowski线圈测量结果基本一致。采用距离滑闪位置较远的微分环结果处理二极管束流参数,相对于不出现滑闪时的结果,束流强度和总能量没有明显的变化。绝缘体滑闪沿面局部放电,能量损失较小,尚未对电子束流造成较大影响。     

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.     

极化电荷与自由电荷之间区别的演示实验

如果将导体放入静电场中会发生静电感应现象，绝缘体（电介质）放入外电场中将发生电介质的极化，在其表面上出现正、负极化电荷．极化电荷牢固地束缚在介质上，既不能离开电介质，也不能在电介质中自由移动，即使将带有极化电荷的电介质与导体相接触，极化电荷也不会与导体上的自由电荷相中和．下面分别介绍几个演示实验，使学生在学习过程中加深理解极化电荷与自由电荷之间的区别．实验1带电导体对导体和电介质的作用实验装置如图1所示，将装有塑料柄的金属圆板小（直径约20cm）固定在铁支座上．用导线将人和静电感应起电机的正电极相连接…     

LaAlO3/SrTiO3异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO₃/SrTiO₃异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO₃/SrTiO₃(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果...     

强流二极管绝缘体滑闪监测及其影响北大核心CSCD

以闪光二号加速器为研究平台,建立了微分环阵列和Rogowski线圈同时监测二极管电流的方法,监测了二极管绝缘体表面的滑闪现象。根据电流探头测量结果的差异,分析了绝缘体滑闪对电子束流参数的影响。二极管绝缘体出现滑闪,位置附近的微分环波形严重畸变,其它位置的微分环和Rogowski线圈测量结果基本一致。采用距离滑闪位置较远的微分环结果处理二极管束流参数,相对于不出现滑闪时的结果,束流强度和总能量没有明显的变化。绝缘体滑闪沿面局部放电,能量损失较小,尚未对电子束流造成较大影响。     

纳米技术新秀:单原子晶体管

 美国康奈尔大学的一个科学家小组研制成由一个钴原子构成的晶体管,钴原子包裹有一层复杂有机化合物,直径仅为10纳米的黄金导线被放置在硅片上,并用这种有机化合物覆盖住。然后在导线上钻一个直径约为1纳米的小孔,制成电源电极和电流电极,再将带有钴原子的有机化合物放置在小孔上,用二氧化硅作绝缘体。哈佛大学另一组科学家也用类似方法研制成单原子晶体管,他们是在黄金电极上放置钒分子,而用氧化铝作绝缘体。单原子或单分子晶体管研究表明,只有在加上一定电压时电流才会通过这类晶体管。此外,将它们放置在磁场中时,通过电流中的电子数量会增加。     

《电磁学》自学辅导材料(五) 磁介质

磁介质磁化的研究方法与电介质的极化研究方法类似,学习本章时注意和电介质的极化对比是有益的。 磁介质放在外磁场B0中→磁介质要磁化→磁化的结果是在磁介质内部或表面产生磁化电流(I’,i’)→磁化电流激发一个附加磁场B’→空间各处的磁场 B= B0 × B' 磁化完成后,磁化电流不随时间变化,所以B’是稳恒磁场.由于B0是稳恒磁场,所以有磁介质存在时的总磁场B为稳恒磁场,因此稳恒磁场的规律对B完全适用,即: 1 磁介质磁化的微观机制 一、顺磁质的磁化.(对比电介质中有极分子的取向极化) 顺磁质分子结构上的特点:每个顺磁质分子具有固有分子…     

物理所人才工作之路

正2017年6月,中科院物理所青年科学家团队首次观测到"三重简并费米子",引起国际物理学界关注。这是继"拓扑绝缘体"、"量子反常霍尔效应"、"外尔费米子"之后,中科院物理所科研团队在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破,《自然》杂志在线发表了这项重大研究成果。风雨九十载,中科院物理所以浓厚的历史积淀,坚守物理学基础研究和应用基础研究,推动了一项项重大原创性成果的产生。"三重简并费     

原子力显微镜

1981年G.Binnig和 H.Rohrer研制了第一台扫描隧道效应显微镜(STM)[1].STM是利用样品表面和探针之间的隧道电流进行观测的.由于隧道电流对针端与样品之间的距离极端敏感,当针端在样品表面上扫描时,若样品表面结构有极小的起伏,就会使隧道电流有可观的变化,于是STM就可以通过反馈机构用压电元件控制针端运动,使隧道电流恒定,也就是使针端与样品表面之间的距离保持恒定,这样再用计算机处理针端的运动数据,就可以在荧光屏或绘图仪上显示出小到原子尺度的表面特征.不过STM要用电子隧道电流,因而不能直接用来检验绝缘体.1986年,G.Binnig等…     

两种扩展Harper模型的波包动力学

本文通过二次矩M₂(t)和概率分布W_n(t)数值地研究了两种扩展Harper模型的波包动力学,得到了这两种模型中各个相、各条临界线以及三相点的波包扩散情况.对于第一种扩展Harper模型,发现两个金属相中波包是弹道扩散的,在绝缘体相中波包不扩散,而在三相点以及各条临界线上波包是反常扩散的.同时,发现金属相—金属相转变的临界线上的波包动力学行为与金属相—绝缘体相转变的临界线上的相同,但三相点的动力学行为与各临 关键词： 金属绝缘体转变 扩展Harper模型 波包动力学     

基于拓扑绝缘体纳米线约瑟夫森结的反常临界超流增强和半整数夏皮洛台阶

基于拓扑绝缘体材料的约瑟夫森结是寻找马约拉纳零能模的候选器件,因而受到拓扑量子计算研究领域的关注.这方面实验的关键之一,是制备具有优质结区的约瑟夫森器件.本工作在三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃和Bi₂(Se_xTe_1-x)₃纳米线上制作了约瑟夫森结器件,研究了其结区的超导邻近效应、多重安德列夫反射和超流-相位关系,观测到了约瑟夫森结的临界超流随磁场增大而反常地增大、其交流约瑟夫森效应出现半整数的夏皮洛台阶的实验结果.本文还讨论了这些反常现象的可能来源,特别是与结区界面处超导电极的Ti缓冲层和拓扑绝缘体纳米线中的Te元素形成TiTe铁磁性合金层的关系.