体相 Hamiltonian
动量坐标是无量纲的,每个坐标沿一条标出的原胞基矢走完一个周期。能量以最近邻耦合为单位。实空间晶格的矩阵也按同一套跃迁约定搭建。
Q062 · 体相与边界
Chern 绝缘体的边缘亮起来时,波真的会沿着边走吗? 通常会,但不是永远。体能带有能隙时,它的 Chern 数决定单向边缘通道净有几条、朝哪个方向。打进边缘态的波包单向前进,遇到缺陷也会绕过去。可真实波包大小有限,混在里面的体态成分仍可能从边缘漏走。
在条带能谱里挑一个态,把它作为波包送进有限大小的方格晶格,再把缺陷拖到它的路上。看波包实际出现在哪里,再和干净体相的能隙、Berry 通量对照。
边界开放的有限样品
02 / 采集位置数据
每次试验独立制备两次,分别记录初始位置和演化后位置。这不是粒子轨迹。位移及其标准误差只由记录对计算。
03 / 无缺陷的周期体相
倒空间坐标沿标出的两条原胞基矢。方形图是参数环面,不是实空间探测器,也不是蜂窝 Brillouin 区的笛卡尔轮廓。
04 / 无缺陷的条带
·
条带沿第一基矢方向周期延伸,沿第二基矢方向开放。颜色表示两侧最外两行的占据。高斯包络把这个洁净本征矢局域化,得到的有限波包有一定的动量和能量展宽。
| 试验 | 初始原胞 | 最终原胞 |
|---|
显示最近十二次,CSV 保留全部记录和设置;最多保存六组,可点选恢复。
单粒子、静态 Hamiltonian,每胞两个轨道,有限边界开放。缺陷等同作用于选定原胞的两个轨道。洁净体相和条带参考不含缺陷及无序。直接能隙不一定等于间接绝缘能隙;不模拟引线、散射电导、填满的 Fermi 海、相互作用、损耗或实验探测器响应。
Chern 数由两种网格上的规范不变小格重叠算出。在已知能隙闭合处,或网格分辨不出结果时,不显示整数。比较两种网格只是数值诊断,不是严格的收敛界。
物理教程
背景在条带能谱里挑一个态,把它作为波包送进有限大小的方格晶格,再把缺陷拖到它的路上。看波包实际出现在哪里,再和干净体相的能隙、Berry 通量对照。
为什么值得理解体相不变量能预言边界上的现象,但两者不是一回事。这里把它们联系起来,也把它们分清楚。
先抓重点
动量坐标是无量纲的,每个坐标沿一条标出的原胞基矢走完一个周期。能量以最近邻耦合为单位。实空间晶格的矩阵也按同一套跃迁约定搭建。
每条连接是相邻网格点上低能带旋量的归一化重叠,绕每个有向小格一圈把它们相乘。用两种网格密度各算一次,比较两次结果。在已知能隙闭合的地方,两条能带连在一起,这个不变量没有定义。
起点和终点位置分别取自独立制备的波包,误差取差值均值的一个标准误差。它估计的是波包走了多远,不是 Chern 数。
容易误解体相算出的数值已经把我放的缺陷算进去了。
正确理解算体相数值的环面和算能谱的条带都是干净晶格。只有有限样品里有局域缺陷势和固定的无序。
容易误解Chern 数是正是负,就能决定波往左还是往右。
正确理解要得出方向,还得知道边界朝哪边,倒空间坐标也要按同一套约定。相对的两条边上,波朝相反方向走。
容易误解上下边缘的概率只要下降,拓扑的说法就站不住。
正确理解拐角、对侧边界、波包的能量宽度和普通体态成分,都会改变这个概率。这里只统计上下两排,不算左右两端的竖直侧壁。
选边缘通道预设,先看条带图里标了颜色的态,猜它往哪边走,再播放波包。
你会看到: 波包按有限晶格的 Hamiltonian 演化,路线是算出来的,没有事先规定。采集位置并保存。反转手性,在同一时刻再采一次,比较两次的位移。
你会看到: 直方图柱和估计值来自采样得到的位置,虚线是模型直接给出的概率。打开缺陷,把它拖到波包的路上。也可以换成普通能隙预设,选一个体态,或者把条带变窄。
你会看到: 看边缘权重、能量、有限尺寸混合和侧壁提示。只看到边缘发亮,还不能说明波沿着边走。凝聚态物理 · 阅读路径
这条阅读路径里用到本实验的文章,后面跟着它们推荐的其他实验。
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