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[交流]
为什么在低温、强磁场下，半导体中的电子只能沿着边缘运动？
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At low temperature and high magnetic field, electrons travel only along the edge of the semiconductor。今天看文献《The quantum spin Hall effect and topological insulators》是看到的，请问这是为什么呢？ 这是不是就是edge state的出处啊 |
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hello_Jzz(金币+1): 谢谢参与
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这个地方有个明显的错误，低温一般增加电子的自由程，而不是减小～ 看见了略为回答一二： 1. “这样，在bulk中，电流就抵消了，而边缘处就会出现剩余电流”，你描述的是经典的霍尔效应，不是量子的。这种经典的解释也许可以帮助你有个图像，但个人认为，终究不适合用来理解量子霍尔效应。量子霍尔效应只能在量子力学的框架下解释。 2. 一般有限的体系都可能有edge state,只不过一般体系的edge state对体系的性质影响不大，所以不大讨论这个态。但是topological insulator (including QHE to my understanding)中edge state很特别。体态是绝缘的，边缘态是导电的。可以携带edge current, either spin or charge current. 3. QHE的出现仅当电子在磁场中的cyclotron radius 远小于电子的自由程的情况下才出现。粗略的说electron must have already executed many cyclotron periods before it is scattered by other electrons/phonons/defects. 这样才能保证磁场中的量子效应不被抹掉。So you need a high magnetic field, which means much smaller cyclotron radius/magnetic length. Also you need a low temperature to decrease the effect of scattering, which will increase the mean free path. 4. 由于体态是绝缘态，bulk中不存在电流，也就谈不上电流的抵消。 |
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