近日，中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室喬振華教授研究組與國內外研究人員合作，在拓撲交叉點反常電流分配規(guī)則的理論研究上取得新進展，相關研究成果發(fā)表在5月20日出版的《物理評論快報》上 。
拓撲量子態(tài)及相關效應（如拓撲絕緣體、量子反�；魻栃�、量子谷霍爾效應等）是當前凝聚態(tài)物理和材料物理領域的一大研究熱點。其主要特點是材料的體態(tài)是絕緣的，但是在邊界上存在受拓撲保護的導電邊緣態(tài)。一般來講，實驗制備出的材料中通常并非只存在一種拓撲量子態(tài)。如圖a所示，實際的體系中可能包括多個具有相反拓撲態(tài)的區(qū)域。在兩個具有相反拓撲量子態(tài)的區(qū)域的界線上，可以形成具有零彎曲阻力特性的拓撲受限一維電子態(tài)。喬振華和合作者前期發(fā)現(xiàn)該拓撲受限電子態(tài)，由于手型傳輸性質和較寬的波函數分布而呈現(xiàn)零彎曲阻力特性。一個很現(xiàn)實且有趣的問題是：在拓撲交叉點處入射的電流將會如何傳輸與分配？
研究人員以基于雙層石墨烯的由四端口構成的最小拓撲交叉點系統(tǒng)為范例，通過數值計算發(fā)現(xiàn)在交叉點處出射電流遵守一個僅依賴于體系幾何構型的分配率。如圖b所示，由于拓撲受限電子態(tài)的的手型傳輸特征，右端入射電流反而不能沿著左導線直接向前出射，但可沿相鄰的上下兩通道轉過直角而出射。由于入射電流是垂直入射，系統(tǒng)的本征對稱性保證了上下出射的幾率相同。然而當入射方向不垂直時，大部分出射電流反而傾向于沿著旋轉角大的方向傳輸（如圖c和圖d所示）。此外，雖然左邊導線不參與電流出射，但是其空間相對位置卻可極大地影響出射電流的分配。簡單的理論分析表明，這種反常電流分配特性主要源于入射和出射電子通道的波函數的空間重疊效應以及沿著四條導線的拓撲受限電子態(tài)的干涉效應。
此項研究將有利于促進基于拓撲交叉網絡的低耗散電流分流器以及量子干涉元器件的設計和應用。
上述工作得到國家自然科學基金委、中國科學院“百人計劃”等資助。
(a) 不同拓撲態(tài)組成的網絡示意圖，正/負用來表示各區(qū)域相反的外加電場或者相反的拓撲量子數；(b) 當右入射電流與下導線成90o，60o，120o入射角度時的電流的實空間分布示意圖。上，下和左導線上的三個百分數表示出射在這三個導線上的電流的相對強度。
