描述
开 本: 大32开纸 张: 胶版纸包 装: 平脊精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030641175丛书名: 低维材料与器件丛书/成会明总主编
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拓扑,绝缘体
内容简介
拓扑绝缘体是一种内部绝缘、界面允许电荷移动的全新量子材料，是科技前沿领域近年来的研究热点。拓扑绝缘体具有独特的电子结构，涉及许多重要的物理现象和机制，并表现出优异的物理化学性质和广阔的器件应用前景。《拓扑绝缘体：基础及新兴应用》基于作者多年在拓扑绝缘体材料领域的科研工作，结合国内外**研究进展，从拓扑绝缘体的理论基础出发，系统而深入地介绍了拓扑绝缘体的材料体系和相应的制备方法，并详细介绍了拓扑绝缘体材料的性质表征及器件应用前景。
目 录
目录
总序
前言
第1章 拓扑绝缘体的基本理论 1
1.1 拓扑序与拓扑相 1
1.1.1 朗道相变理论 1
1.1.2 拓扑序的引入 2
1.1.3 动量空间中的拓扑序和陈数 3
1.1.4 拓扑相的特点 5
1.2 二维拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应 6
1.2.1 边缘态的产生 6
1.2.2 TKNN原理和**陈数 7
1.2.3 Z2马拓扑不变量和量子自旋霍尔效应 9
1.3 三维拓扑绝缘体 11
1.3.1 能带反转 11
1.3.2 薄层三维拓扑绝缘体的能带结构 12
1.4 拓扑绝缘体的物理性质 14
1.4.1 自旋轨道耦合 14
1.4.2 元背散射的输运行为 14
1.4.3 量子相干与反弱局域化效应 15
1.4.4 拓扑表面态在强磁场中的行为 15
参考文献 16
第2章 拓扑材料体系 18
2.1 二维拓扑绝缘体 19
2.1.1 石墨烯 20
2.1.2 HgTe/CdTe量子阱结构 22
2.1.3 其他体系 24
2.2 三维拓扑绝缘体 25
2.2.1 **类三维拓扑绝缘体 26
2.2.2 第二类三维拓扑绝缘体 28
2.3 有机拓扑绝缘体 30
2.4 拓扑近藤绝缘体 32
2.5 拓扑晶体绝缘体 34
2.5.1 Pb1-xSnxTe 35
2.5.2 Pb1-xSnxSe 38
2.6 拓扑超导体 38
2.7 外尔半金属 41
2.7.1 **类外尔半金属 42
2.7.2 第二类外尔半金属 44
参考文献 48
第3章 拓扑绝缘体的制备方法 52
3.1 拓扑绝缘体单晶块材的生长 52
3.1.1 拓扑绝缘体单晶块材生长方法 52
3.1.2 拓扑绝缘体单晶块材的能带工程 55
3.2 拓扑绝缘体低维纳米结构的制备 58
3.2.1 剥离法制备拓扑绝缘体纳米片 59
3.2.2 溶液法合成拓扑绝缘体纳米结构 62
3.2.3 化学气相沉积生长拓扑绝缘体纳米结构 65
3.2.4 分子束外延生长拓扑绝缘体 72
3.2.5 范德瓦耳斯外延生长拓扑绝缘体 77
参考文献 86
第4章 拓扑绝缘体的性质表征 90
4.1 扫描隧道显微镜和隧道谱 90
4.1.1 扫描隧道显微镜和隧道谱技术基础 90
4.1.2 扫描隧道显微镜在拓扑绝缘体材料研究中的应用 92
4.1.3 扫描隧道谱在拓扑绝缘体材料研究中的应用 94
4.2 角分辨光电子能谱 100
4.2.1 角分辨光电子能谱基础 100
4.2.2 拓扑绝缘体的角分辨光电子能谱 106
4.3 拓扑绝缘体的电学输运测量 111
4.3.1 量子相干效应 111
4.3.2 反弱局域化效应 113
4.3.3 舒布尼科夫-德哈斯量子振荡 114
4.3.4 量子霍尔效应 116
4.3.5 量子自旋霍尔效应 119
4.3.6 量子反常霍尔效应 123
参考文献 126
第5章 拓扑绝缘体的应用 130
5.1 拓扑绝缘体自旋电子器件 130
5.1.1 自旋电子学的形成与发展 131
5.1.2 基于拓扑绝缘体/铁磁界面的自旋电子器件 132
5.2 拓扑绝缘体纳电子器件 134
5.3 拓扑绝缘体光电器件 137
5.3.1 拓扑表面态光电流的产生和控制 137
5.3.2 拓扑绝缘体在光热电器件中的应用 138
5.3.3 拓扑绝缘体表面态光电子的操纵及其在光电阴极器件中的潜在应用 139
5.3.4 拓扑绝缘体中的超快表面光电流及其在超快光电器件中的潜在应用 140
5.4 拓扑绝缘体透明导电薄膜 142
5.4.1 基于拓扑绝缘体Bi2Se3二维薄膜的柔性透明电极 143
5.4.2 基于拓扑绝缘体二维网格的宽光谱柔性透明电极 146
5.4.3 基于Cu插层拓扑绝缘体Bi2Se3复合物的网格透明电极 149
5.5 拓扑绝缘体热电材料 150
5.5.1 拓扑绝缘体的热电效应 150
5.5.2 拓扑绝缘体热电材料体系 151
参考文献 153
关键词索引 156
总序
前言
第1章 拓扑绝缘体的基本理论 1
1.1 拓扑序与拓扑相 1
1.1.1 朗道相变理论 1
1.1.2 拓扑序的引入 2
1.1.3 动量空间中的拓扑序和陈数 3
1.1.4 拓扑相的特点 5
1.2 二维拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应 6
1.2.1 边缘态的产生 6
1.2.2 TKNN原理和**陈数 7
1.2.3 Z2马拓扑不变量和量子自旋霍尔效应 9
1.3 三维拓扑绝缘体 11
1.3.1 能带反转 11
1.3.2 薄层三维拓扑绝缘体的能带结构 12
1.4 拓扑绝缘体的物理性质 14
1.4.1 自旋轨道耦合 14
1.4.2 元背散射的输运行为 14
1.4.3 量子相干与反弱局域化效应 15
1.4.4 拓扑表面态在强磁场中的行为 15
参考文献 16
第2章 拓扑材料体系 18
2.1 二维拓扑绝缘体 19
2.1.1 石墨烯 20
2.1.2 HgTe/CdTe量子阱结构 22
2.1.3 其他体系 24
2.2 三维拓扑绝缘体 25
2.2.1 **类三维拓扑绝缘体 26
2.2.2 第二类三维拓扑绝缘体 28
2.3 有机拓扑绝缘体 30
2.4 拓扑近藤绝缘体 32
2.5 拓扑晶体绝缘体 34
2.5.1 Pb1-xSnxTe 35
2.5.2 Pb1-xSnxSe 38
2.6 拓扑超导体 38
2.7 外尔半金属 41
2.7.1 **类外尔半金属 42
2.7.2 第二类外尔半金属 44
参考文献 48
第3章 拓扑绝缘体的制备方法 52
3.1 拓扑绝缘体单晶块材的生长 52
3.1.1 拓扑绝缘体单晶块材生长方法 52
3.1.2 拓扑绝缘体单晶块材的能带工程 55
3.2 拓扑绝缘体低维纳米结构的制备 58
3.2.1 剥离法制备拓扑绝缘体纳米片 59
3.2.2 溶液法合成拓扑绝缘体纳米结构 62
3.2.3 化学气相沉积生长拓扑绝缘体纳米结构 65
3.2.4 分子束外延生长拓扑绝缘体 72
3.2.5 范德瓦耳斯外延生长拓扑绝缘体 77
参考文献 86
第4章 拓扑绝缘体的性质表征 90
4.1 扫描隧道显微镜和隧道谱 90
4.1.1 扫描隧道显微镜和隧道谱技术基础 90
4.1.2 扫描隧道显微镜在拓扑绝缘体材料研究中的应用 92
4.1.3 扫描隧道谱在拓扑绝缘体材料研究中的应用 94
4.2 角分辨光电子能谱 100
4.2.1 角分辨光电子能谱基础 100
4.2.2 拓扑绝缘体的角分辨光电子能谱 106
4.3 拓扑绝缘体的电学输运测量 111
4.3.1 量子相干效应 111
4.3.2 反弱局域化效应 113
4.3.3 舒布尼科夫-德哈斯量子振荡 114
4.3.4 量子霍尔效应 116
4.3.5 量子自旋霍尔效应 119
4.3.6 量子反常霍尔效应 123
参考文献 126
第5章 拓扑绝缘体的应用 130
5.1 拓扑绝缘体自旋电子器件 130
5.1.1 自旋电子学的形成与发展 131
5.1.2 基于拓扑绝缘体/铁磁界面的自旋电子器件 132
5.2 拓扑绝缘体纳电子器件 134
5.3 拓扑绝缘体光电器件 137
5.3.1 拓扑表面态光电流的产生和控制 137
5.3.2 拓扑绝缘体在光热电器件中的应用 138
5.3.3 拓扑绝缘体表面态光电子的操纵及其在光电阴极器件中的潜在应用 139
5.3.4 拓扑绝缘体中的超快表面光电流及其在超快光电器件中的潜在应用 140
5.4 拓扑绝缘体透明导电薄膜 142
5.4.1 基于拓扑绝缘体Bi2Se3二维薄膜的柔性透明电极 143
5.4.2 基于拓扑绝缘体二维网格的宽光谱柔性透明电极 146
5.4.3 基于Cu插层拓扑绝缘体Bi2Se3复合物的网格透明电极 149
5.5 拓扑绝缘体热电材料 150
5.5.1 拓扑绝缘体的热电效应 150
5.5.2 拓扑绝缘体热电材料体系 151
参考文献 153
关键词索引 156
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