董小玉：2016年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者
自由费米子凝聚态体系中与拓扑相关的物理现象
Topological related physics in free-Fermion condensed matter systems
作 者：董小玉
指导教师：朱邦芬
培养院系：物理系
学 科：物理学
读博感言：好奇心和敢于尝试的勇气是最重要的
研究背景/选题意义/研究价值
最近几年，拓扑态及对称性保护的拓扑态成为凝聚态物理研究的一个前沿和热点。拓扑态最大的特点是如果我们连续绝热地改变体系的参数，只要体材料的能隙在这个过程中不合上，其拓扑性质就不会发生改变。拓扑态的表现形式通常为体材料是绝缘体，而其表面上具有无能隙的表面态。这种表面态是被体材料的拓扑性质保护的，所以可以非常稳定地存在。这种性质可以用来制备新型的电子器件。以二维拓扑绝缘体为例，其一维边界处的边界态是不会被非磁性杂质散射的。理论上来说，用这类材料制备的电子器件是不存在散热问题的，可以实现信息的“高速公路”。所以对拓扑态的研究是具有广泛且重要的应用前景的。
主要研究内容
在本论文中我们主要讨论了一些典型的拓扑态，结合理论模型和实际材料，我们预言了若干新的拓扑态存在。我们主要在论文中讨论以下三个方面的问题：
二维狄拉克材料及量子反常霍尔效应：我们发现材料(LaO)2(SbSe2)2的二维薄膜具有多个狄拉克锥，并且其性质可以通过外加电场进行调控。引入磁性掺杂后可以在体系中实现由电场调控的量子反常霍尔效应。
二维反铁磁材料体系中的量子反常霍尔效应及手征拓扑超导态：我们发现在Sr2FeOsO6薄膜中通过外加电场调节可以实现量子反常霍尔态。如果将薄膜长在超导体材料上，可以通过近邻效应引入超导配对，实现手征的拓扑超导态。
三维拓扑晶体绝缘体：我们采用群论的方法，发展了一套对三维拓扑晶体绝缘体进行分类的方法。具有一个表面的三维体系的晶体对称性是由17个二维空间群来描述的。通过确定具有某种特定对称性的半无限体系的所有可能的非平庸表面态，我们可以反推出相应体材料的拓扑性质，并给出拓扑不变量。我们的理论为实验上在实际材料中寻找拓扑晶体绝缘体提供了指导。
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