توصيفگر ها :
مواد توپولوژيك , ، واروني نوار , ، تلورايد جيوه , ، چاه كوانتومي , مهندسي مواد توپولوژيك
چكيده فارسي :
طالعه و بررسي خواص مختلف مواد و همچنين ناوردايي اين خواص، هميشه از اهداف اوليه در زمينه
فيزيك ماده چگال بوده است. نظريه گذار فاز گينزبورگ‑لاندؤ كه ريشه در شكست تقارن دارد، به
عنوان يكي از موفق ترين مدلهاي موجود شناخته ميشود. با اين حال، كشف اثر كوانتومي هال در
سال 1980 باعث ارزيابي مجدد ديدگاه فيزيكدانان شد. اين كشف منجر به شناسايي شكل منحصر
به فردي از ناورداها به نام ناورداهاي توپولوژيكي شد كه به نوبه خود، طبقه اي جديد از مواد به نام
مواد توپولوژيكي را معرفي كرد. اولين پيش بيني مواد توپولوژيكي سه بعدي )3 بعدي( در سال 2005
معرفي شد و تنها يك سال بعد به صورت تجربي تاييد شد. براي تشخيص اين دسته از مواد، مدلهاي
نظري متعددي پيشنهاد شد. قابل ذكر است كه مدل برنويگ، هاگز و ژانگ )BHZ( كه بر اساس نظريه
كين‑مل استوار است، با موفقيت اثر هال اسپين كوانتومي را در چاههاي كوانتومي متشكل از −HgTe
CdTe پيشبيني كرد و يك مدل عملي ارائه كرد. عليرغم مزاياي اثر هال اسپين كوانتومي نسبت به
اثر هال كوانتومي، كه برپايه برهمكنشهاي اسپين‑مدار متكي است، چاههاي كوانتومي تلوريد جيوه
همچنان موضوعي جذاب از نظر علمي هستند. در درجه اول به دليل استفاده متعدد از مدل BHZ براي
چاههاي چندگانه است كه اغلب نوارهاي اضافي را در نظر مي گيرند. با اين وجود، بنياد نظري اين
مطالعات همچنان بر مدل اختلال چند نواري كين متكي است.
در نتيجه، در يك دستگاه داراي يك چاه كوانتومي HgTe كه بين موانع CdTe قرار گرفته است، يك
وارونگي در نوارهاي انرژي رخ ميدهد كه امكان تنظيم در ساختار نواري كلي سامانه را فراهم مي كند.
انگيزه اصلي تحقيق فعلي ما در كاربردهاي بالقوه اين كار و توسعه بيشتر نظريه اختلال كين نهفته است.
ما نوارهاي انرژي يك چاه كوانتومي CdTe−HgTe−CdTe را توضيح دادهايم و آن را با يك چاه
تحقيقات ما به نقش كوانتومي دوگانه CdTe−HgTe−CdTe−HgTe−CdTe مقايسه كرده ايم.
اوربيتال ها در وارونگي نوارانرژي ميپردازد، سپس گذار فاز توپولوژيكي را به طور مستقل براي
چاه كوانتومي منفرد بررسي كردهايم و در نهايت، براي بررسي نقش اوربيتالهاي تركيبي در وارونگي
نوارانرژي، مدل كين 8 نواري را براي چاه كوانتومي HgTe بررسي ميكنيم و حالات ممكن در ساختار
نواري يك چاه را محاسبه ميكنيم.
چكيده انگليسي :
The study and investigation of various material properties, as well
as the invariance of these properties, have always been primary ob-
jectives in the field of condensed matter physics.
The Ginzburg-Landau theory of phase transitions, which is rooted
in symmetry breaking, known as as one of the most successful mod-
els available. However, the discovery of the quantum Hall effect in
1980 prompted a reevaluation of physicists’ perspectives. This dis-
covery led to the recognition of a unique form of invariances known
as topological invariance, which, in turn, unveiled a class of mate-
rials known as topological materials. The first prediction of three-
dimensional (3D) topological materials emerged in 2005 and was
experimentally confirmed just a year later. To elucidate this class
of materials, numerous theoretical models were proposed. Notably
that, the Bernevig, Hughes and Zhang (BHZ) model, grounded in
the Kane-Melle theory, successfully predicted the quantum spin Hall
effect in quantum wells composed of HgTe-CdTe, offering a practical
model.
Despite the quantum spin Hall effect’s advantages over the quantum
Hall effect, which relies on spin-orbit interactions, mercury telluride
quantum wells remain a subject of scientificaly fascination. This
is primarily due to the continued application of the BHZ model to
multiple wells, often considering additional bands. Nevertheless, the
theoretical foundation of these studies still leans on Kane’s multi-
band perturbation model.
As a result, within a device featuring an HgTe quantum well sand-
wiched between CdTe barriers, an inversion in the energy bands
occurs, allowing for tunability in the overall band structure of the
system.
The main motivation behind our current research lies in the poten-
tial applications of this work and the further development of Kane’s
perturbation theory.
We have explained the energy bands of a CdTe-HgTe-CdTe
quantum well and compared it to a CdTe-HgTe-CdTe-HgTe-CdTe
double quantum well. Our investigation delved into the role of
orbitals in energy band inversion, then we estimated the topological
phase transitions independently, for the single quantum well.
Finally, to investigate the role of combined orbitals in the energy
band inversion, we examine the 8-band Kane model for the HgTe
quantum well and calculate the possible states in the band structure
of a single well