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Diferencia entre el efecto Hall cuántico "ordinario" y el efecto Hall cuántico anómalo

Estoy leyendo un artículo sobre Semimetales de Weyl por Burkov donde escribe, en la parte superior de la página 5:

Un aislante Hall anómalo cuántico 3D puede obtenerse haciendo una pila de aislantes Hall cuánticos 2D [Ref. 23].

La referencia 23 de su documento es la generalización del invariante TKNN 2D al caso 3D .

Estoy un poco confundido sobre lo que Burkov quiso decir aquí. El invariante TKNN en 3D se derivó en presencia de un distinto de cero campo magnético externo. Entiendo que, de Modelo de Haldane de un aislante de Chern con la fórmula de Streda, la conductancia Hall anómala cuántica es el límite (para un sistema 2D):

\begin{equation} \lim_{B_k\to 0} \sigma_{ij} = \lim_{B_k\to 0} \epsilon_{ijk} \frac{\partial \rho}{\partial B_k} \neq 0, \end{equation}

donde $\rho$ es la densidad de carga eléctrica, $B_k$ es el campo magnético externo, y $\{i,j,k\}$ son índices espaciales. Así pues, parece que Burkov está dando a entender que el límite anterior existe en 3D. Si dicho límite no trivial existe realmente en 3D (lo cual creo que es cierto después de leer la Sec. III de la Ref. 23), ¿no implica esto que todos los sistemas cuánticos de Hall rotos por inversión temporal en 3D son también sistemas cuánticos de Hall anómalos? Esto me parece un poco impar. ¿Cuál es entonces la diferencia entre un sistema Hall cuántico "ordinario" y un sistema Hall cuántico anómalo? ¿Pertenecen a la misma fase topológica (es decir, están conectados por una transformación adiabática continua)?

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sjlee Puntos 3457

Creo que aquí tengo la respuesta a mi pregunta.

Quizá la pregunta correcta no sea si un sistema Hall cuántico (QH) "ordinario" en 3D y un sistema Hall cuántico anómalo (QAH) están conectados a través de algún camino adiabático. Cuando el invariante TKNN en 3D es válido, vemos que la conductancia Hall es independiente del campo magnético externo:

\begin{equation} \lim_{\vec{B}\to0} \sigma_{ij} = \lim_{\vec{B}\to0}\epsilon_{ijk}\frac{\partial \rho}{\partial B_k} = \frac{e^2}{2\pi h} \epsilon_{ijk} G_k, \end{equation}

para algún vector recíproco de la red $\vec{G}$ de Ref. 23 en la pregunta. Entonces, tal vez, todo lo que podemos concluir QAH es un caso especial de 3D QH en este caso 3D muy especial.

En general, los QAH pueden estar formados por una variedad de físicas (como el ferromagnetismo y otras como las que se comentan aquí: http://10.1103/RevModPhys.83.1057 ), QAH puede no estar necesariamente relacionado con QH, y QAH puede no tener que ser un límite de QH en absoluto.

Además, la fórmula de Streda puede considerarse más bien un "atajo" teórico para la conductancia Hall. Experimentalmente, la distinción entre QAH y QH es que existen modos quirales para QAH en campos magnéticos cero, que pueden observarse suministrando un campo eléctrico externo. La densidad de carga aparente $\rho$ no tiene sentido en el sentido de que no se acopla a sondas experimentales.

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