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Crossover of spin Hall to quantum anomalous Hall effect in PbC/MnSe heterostructures
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资源说明：本文研究了PbC/MnSe异质结构在圆偏光照射下的拓扑性质和霍尔电导。在高频区域，利用Floquet理论和格林函数形式主义，研究了能隙、Chern数以及霍尔电导。自旋轨道耦合与光之间的相互作用导致了反常霍尔态与自旋霍尔态之间的拓扑相变，这与两个虚拟光子的发射和吸收有关。反常霍尔电导依赖于光的极化，而自旋霍尔电导是不依赖的。
在凝聚态物理领域，拓扑相和拓扑相变近年来已成为现代凝聚态物理学中最重要的话题之一。内在的反常霍尔效应和自旋霍尔效应在过去十年中引起了巨大的关注。量子反常霍尔效应已被理论提出，并在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中实验实现。量子自旋霍尔效应在HgTe量子阱中被理论预测并在实验观察到。研究人员探讨了无序在拓扑绝缘体中的作用，该绝缘体具有一对螺旋边缘态，具有相反自旋的电子朝相反方向移动，并展示了量子自旋霍尔效应现象。Kane和Mele模型定义在一个六边形晶格上，由于Rashba自旋轨道耦合，可以在量子自旋霍尔效应相和简单绝缘体之间转换。量子自旋霍尔绝缘体相在存在库仑相互作用、交错势和内在自旋轨道耦合的石墨烯系统中得到了研究。
在二维光子晶体中，存在一个常规绝缘体相、一个量子自旋霍尔相。本研究正是基于这样的物理背景下，通过对PbC/MnSe异质结构在圆偏光照射下进行研究，探讨了自旋轨道耦合与光之间的相互作用如何导致拓扑相变，以及这种相变对电子传输性质的影响。
在理论上，Floquet理论提供了一种描述周期性驱动系统稳定状态的方法，它特别适用于研究光照射下的系统。而格林函数形式主义则是研究量子多体系统的一种强有力的工具，可以帮助我们理解复杂相互作用下系统内部电子的传播特性。
文中还提到，在高频区域能量间隙、Chern数和霍尔电导的研究。在拓扑绝缘体中，Chern数是一个用来表征系统拓扑性质的整数，它与体系中传导电子的量子态有关。Chern数的不同表征了不同的拓扑相，而这些拓扑相的变换往往伴随着电子输运性质的显著改变。
文章最后指出，反常霍尔电导对光的极化有依赖性，而自旋霍尔电导则没有依赖性。这意味着在PbC/MnSe异质结构中，自旋轨道耦合的引入可以调节电子的输运特性，这为设计新型电子器件提供了新的思路。研究者通过改变入射光的极化状态，可以控制材料的电子输运性质，从而实现对电子器件性能的调控。
本论文对于理解自旋轨道耦合与光相互作用下的拓扑相变，及其对霍尔效应的影响，具有重要理论价值，并且为未来实验探索拓扑绝缘体材料的新物理特性以及设计基于这些特性的电子器件提供了理论基础。通过对PbC/MnSe异质结构的深入研究，有望推动新型高效自旋电子器件的开发，对拓扑绝缘体在量子计算、电子学以及光电子学等领域的应用具有重要的意义。
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