بخشی از مقاله
چکیده
در این کار پژوهشی با استفاده از فرمالیسم تابع گرین و در چارچوب نظریه بستگی قوي به مطالعه ترابرد همدوس از نانو نوار سیلیسن لبه زیگزاگ، به عنوان عایق توپولوژیک پرداختیم. نتایج ما نشان میدهد که در حضور برهمکنش تبادلی، نوارهاي انرژي مربوط به حالت هاي قطبیده اسپینی از یکدیگر جدا شده و منجر به تولید جریان اسپین قطبیده میشود. در ادامه اثر میدان تبادلی در الکترودها به صورت آرایش موازي و پاد موازي نیز به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج وجود مقاومت مغناطیسی را پیش بینی میکند.
مقدمه
اثر هال اسپین کوانتومی، حالت کوانتومی جدید ماده با خواص غیر بدیهی توپولوژیکی [1-5] در حال حاضر یکی از عرصههاي پر جاذبه پژوهشی در فیزیک ماده چگال میباشد. یک عایق توپولوژیک - یا عایق هال اسپین کوانتومی - در انبوهه خود داراي گاف انرژي در ساختار نواري است که نوار رسانش و ظرفیت را از هم جدا میکند، ولی داراي دو جفت حالت جایگزیده لبهاي اسپین قطبیده درون گاف خود نیز میباشد.
جریان حمل شده توسط این دو جفت حالت لبهاي به دلیل دارا بودن تقارن برگشت زمانی دچار پراکندگی از حالتهاي غیر مغناطیسی نمیشوند. وجود اثر هال اسپین کوانتومی توسط کین- مله [6] براي اولین بار در گرافین مطرح شد، که در آن وجود اثر اسپین- مدار ذاتی باعث بروز گاف انرژي در نقاط دیراك میشود. پژوهشهاي بعدي نشان داد که گاف انرژي ناشی از اثر اسپین- مدار ذاتی بسیار کوچک است و به سختی میتوان اثر هال اسپین کوانتومی را در گرافین مشاهده کرد. در سالهاي اخیر، سیلیسن به عنوان هم خانواده گرافین با گاف اسپین- مدار بزرگتر به عنوان جانشین مناسبی براي مشاهده اثر میباشد.
هال اسپین کوانتومی مطرح شده است. سیلیسن به دلیل وجود برآمدگی در ساختارشبکه آن داراتري اثر اسپین- مدار قوي نسبت به گرافین میباشد. سیلیسن به دلیل مقاومت حالتهاي لبه- اي در برابر پراکندگی از ناخالصیهاي غیرمغناطیسی و سازگار بودن آن با قطعات الکترونیکی حاضر بر پایه سیلیکون مورد توجه فیزیک دانان و مهندسان علوم مواد قرار گرفته است. از همین رو در این کار پژوهشی توجه خود را به نقش اثر میدان تبادلی بر ترابرد وابسته به اسپین از طریق نانو ساختار سیلیسن متمرکز نمودهایم.
ستون اول از سمت راست شکل 2 نمودار احتمال عبور را نشان میدهد. منحنی احتمال عبور در حوالی انرژي صفر داراي دو ناحیه تخت میباشد. مقدار احتمال عبور در این دو ناحیه برابر یک است که نشانگر قطبیدگی اسپینی میباشد. این دو ناحیه تخت به دلیل جداشدگی نوارهاي مرکزي در ساختار نواري الکترودها و به دلیل حضور برهمکنش تبادلی رخ داده است. همان طور که از شکل 2 پیداست در حوالی انرژي صفر در ساختار نواري سامانه مرکزي دو نوار اسپین قطبیده داریم که بیانگر وجود دو کانال رسانشی است، ولی از آنجاییکه در انرژي هاي متناظر در ساختار نواري الکترودها فقط یک نوار با اسپین مشابه داریم پس فقط یک حالت اسپین براي عبور در دسترس میباشد. این امر در شکل 3 به وضوح قابل مشاهده است که فقط دو نوار مرکزي در دو سوي سامانه مرکزي داراي قطبش اسپینی مشابه هستند.
