Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Peyman Sahebsara
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد راهنما) پیمان صاحب سرا (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehri Mazrouei
مهری مزروعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Calculation of Zak's Phase for a One Dimensional Topologic Insulator
Much of condensed matter physics is concerned with understanding how different kinds of order emerge from interactions between a large number of simple constituent. In ordered phase such as crystals, magnets, and superfluids, the ordering is characterised through the symmetry breaking mechanism in terms of a local order parameter. Starting around 1982 new mathematical ideas of quantum geometry and topology ideas have penetrated into condensed matter theory and led to new insights and way s of looking at condensed matter. Recently they led to the discovery of the topological insulators, a new exciting class of materials that shocked material scientists who had studied these materials without noticing these properties. Geometric order is preserved in Topological insulators. This order is a result of the time reversal symmetry. In this thesis one of such models are studied. In the mathematical expression knotted forms have nontrivial topology and knotless forms have trivial topology. In quantum mechanics, the topology of a quantum state does not change, as long as there is no energy gap. Time reversal invariance is conserved in gapless nodes and kramers degeneration occurs in these points. Time reversal symmetry is one of the most important symmetries in nature. The interior side of a topological insulators is gapped, while the gapless edge state of these materials cause conduction at the boundaries. In this thesis we introduce two models in one and two dimensions and investigate its topological characteristics by calculating the topological indices. One of the wellknown indices is the chern number. In $1998$, Haldane proposed a model that had a non-trivial topology. In the Haldane model, there is a quantum Hall effect is happened without magnetic field and time reversal symmetry breaking. The model which is proposed by Haldane is known as a chern insulator. Topological index in one dimension is called zak phase, Which is also determined experimentally. For this purpose a diatomic chain of rubidium is investigated, which is described by the Rice-Mele Hamiltonian. We study dependance of topological invariant to the hopping integrals. We also determine the condition of existance of the edge states and obtaine.
بسیاری از شاخه‌های فیزیک حالت جامد به این موضوع پرداخته می‌شود که چگونه انواع مختلف نظم از برهم‌کنش بین اجزای تشکیل دهنده‌ی مواد حاصل می‌شود. حالت‌های دارای نظم مانند: بلور ، مغناطش ، ابرشاره از شکست تقارن شناخته می‌شوند. از سال 1982 شاخه‌های جدیدی از ریاضیات که شامل هندسه‌ی کوانتومی و توپولوژی بودند ، به فیزیک حالت جامد راه یافتند و سبب پیدایش بینشی جدید و راه‌های تازه در فیزیک حالت جامد شدند. یکی از آن‌ها کشف عایق‌های توپولوژیک شد. شاخه‌ی جدیدی از مواد ، که دانشمندان علم مواد را که سال‌ها این مواد را بدون توجه به این ویژگی مطالعه می‌کردند ، حیرت زده کرد. در این شاخه از مواد نظم هندسی حفظ می‌شود. این نظم از تقارن وارونی زمان حاصل می‌شود. در این پایان نامه این دسته از مواد مطالعه شدند. در بیان ریاضی ، شکل‌های فاقد گره ، شکل‌های دارای توپولوژی بدیهی نام‌گذاری شده‌اند و شکل‌های گره ‌دار، شکل‌های با توپولوژی غیربدیهی نام‌گذاری شده‌اند. در مکانیک کوانتومی ، هندسه با انرژی پیوند می‌خورد. تغییر شکل به صورت تغییر آدیاباتیک هامیلتونی و پیوستگی با فقدان شکاف انرژی پدیدار می‌شوند. توپولوژی یک حالت کوانتومی تا زمانی که شکاف انرژی پدیدار نشود ، ثابت باقی می‌ماند. نقاط فاقد شکاف انرژی نقاطی هستند که تقارن وارونی زمان را حفظ می‌کنند و تبهگنی کرامرز در آن‌ها رخ می‌دهد. تقارن وارونی زمان یکی از مهم‌ترین تقارن‌های موجود در طبیعت است. قسمت داخلی عایق‌های توپولوژیک ، عایق است و با شکاف انرژی در باند الکتریکی ظاهر می‌شوند ، اما لبه‌ها و یا سطوح این مواد دارای حالت‌های بدون شکاف است که باعث رسانش در مرز سیستم می‌شوند. در این پایان نامه مدل‌هایی را در یک بعد و دو بعد معرفی می‌کنیم که در شاخه‌‌‌‌ی عایق‌های توپولوژیک قرار می‌گیرند و به منظور بررسی این مدل‌ها شناسه‌های توپولوژیکی که عایق‌های معمولی را از عایق‌های توپولوژیک و هم‌چنین عایق‌های توپولوژیک را از یکدیگر متمایز می‌سازد ، مورد مطالعه قرار دادیم. یکی از معروف‌ترین این شناسه‌ها عدد چرن است. در سال 1988 هالدین مد لی پیشنهاد کرد که دارای توپولوژی غیر بدیهی بود. در این مدل اثر کوانتومی هال بدون وارد کردن میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و با شکست تقارن وارونی زمان همراه است. اثر کوانتومی هال برای گاز الکترونی دوبعدی در دماهای بسیار پایین و با وارد کردن میدان مغناطیسی بسیار قوی اتفاق می‌افتد. در این اثر برخلاف اثر هال عادی رسانندگی رفتار خطی با میدان مغناطیسی نشان نمی‌دهد. در این حالت رسانندگی رفتار پله‌ای از خود نشان می‌دهد که در این پایان نامه به طور مفصل توضیح داده شده است. مدل پیشنهادی او با نام‌های عایق‌های چرن و یا اثر کوانتومی هال غیر عادی نیز شناخته می‌شود. شناسه‌ی توپولوژیکی در یک بعد فاز زاک نامیده می‌شود. فاز زاک تاکنون به صورت تجربی نیز محاسبه شده است. به این منظور پلیمر دو اتمی از اتم‌های روبیدیم که با هامیلتونی مدل رایس-ملِ مطابقت داشت مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این پایان نامه بستگی این ناوردای توپولوژیک به مقدار انتگرال پرش الکترون را بررسی کردیم. همچنین شرط وجود حالت‌های مرزی در یک بعد را تعیین و تابع موج مرزی را به دست آوردیم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی