清华物理系毕业论文

清华物理系毕业论文一.摘要

20世纪末以来，随着量子力学和凝聚态物理的深度融合，拓扑材料作为一类具有新颖量子物态的新型材料体系，逐渐成为国际物理学界的研究热点。本研究以清华大学物理系实验物理组在二维拓扑绝缘体（TI）制备与输运特性研究中的典型案例为对象，系统探讨了Bi₂Se₃薄膜的制备工艺、结构表征及其在磁场和温度梯度下的电学输运行为。研究采用分子束外延（MBE）技术制备了高质量Bi₂Se₃薄膜，并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和输运谱测量等手段对其形貌、晶体结构和电学性质进行了系统分析。研究发现，在低温（<10K）和强磁场（>10T）条件下，Bi₂Se₃薄膜展现出显著的量子霍尔效应和拓扑表面态（TSS），其霍尔电阻在特定频率下呈现出分数量子化特征，进一步验证了TSS的存在。此外，通过调控温度梯度，实验观察到热电输运系数的异常变化，揭示了拓扑材料中热电效应与量子涨落之间的复杂关联。研究结果表明，Bi₂Se₃薄膜的拓扑性质不仅依赖于其本征电子结构，还受到外界环境参数的显著影响。这些发现不仅为理解和调控拓扑材料的量子物态提供了实验依据，也为未来开发基于拓扑原理的新型电子器件奠定了基础。本研究的成果在理论层面深化了对拓扑绝缘体物理机制的认识，在应用层面为高性能自旋电子学和量子计算提供了潜在材料选择。

二.关键词

拓扑绝缘体；Bi₂Se₃；分子束外延；量子霍尔效应；拓扑表面态；输运特性

三.引言

20世纪物理学的发展历程中，量子力学的建立性地改变了人们对微观世界的认知。随着对物质基本构成和相互作用理解的不断深入，凝聚态物理作为研究固体材料宏观性质及其微观基础的学科，在推动现代科技发展方面扮演着日益重要的角色。特别是进入21世纪以来，随着实验技术的飞速进步和理论模型的不断创新，凝聚态物理领域涌现出一系列具有颠覆性意义的发现，其中，拓扑材料的研究无疑是当前最引人瞩目的前沿方向之一。拓扑材料是一类凭借其独特的拓扑invariant（拓扑不变量）而表现出新颖物理性质的物质体系，其研究不仅极大地丰富了物理学的基本理论框架，也为开发新型电子器件和自旋电子学器件提供了全新的物理机制和材料平台。

拓扑绝缘体（TopologicalInsulator,TI）作为拓扑材料家族中的杰出代表，自2005年首次被理论预言以来，便吸引了全球物理学界的广泛关注。TI材料在体相内部具有绝缘特性，而在表面或边缘则存在conducting质量的拓扑表面态（TopologicalSurfaceStates,TSS），这些表面态具有费米弧、自旋-动量锁定等独特性质，且不受散射因素的影响，因此展现出极高的电学传输质量和潜在的室温应用前景。Bi₂Se₃作为一种典型的三族元素半导体化合物，其天然的晶体结构（属于碲化镉矿结构）和电子能带结构使得它成为研究拓扑绝缘性的理想模型材料。理论计算表明，在满足特定条件（如时间反演对称性破缺）的情况下，Bi₂Se₃及其衍生物可能存在丰富的拓扑物态，包括拓扑绝缘体、拓扑半金属以及陈绝缘体等。

自从Haldane和Kane分别独立地从理论角度预言了手性拓扑绝缘体和陈绝缘体以来，实验上寻找和验证这些新型量子物态成为了凝聚态物理研究的热点。早期的研究主要集中在理论模型的构建和可能的候选材料体系的筛选上。Bi₂Se₃因其易于制备、具有天然的表面和良好的导电性而被认为是实现拓扑绝缘性的最有希望的候选材料之一。然而，由于Bi₂Se₃材料本身的复杂性，其确切的拓扑性质一直存在争议。一方面，一些早期的实验报道表明Bi₂Se₃在低温下可能表现出量子霍尔效应（QuantumHallEffect,QHE），这与拓扑绝缘体的预期性质相符。另一方面，后续的更精细实验和理论研究表明，Bi₂Se₃的体材料可能更接近于陈绝缘体或拓扑半金属，其表面的拓扑性质可能受到体相掺杂、晶体缺陷或表面氧化等因素的强烈影响。因此，如何从实验上明确Bi₂Se₃的拓扑性质，并深入理解其表面态的性质和调控机制，仍然是该领域亟待解决的重要科学问题。

清华大学物理系实验物理组在拓扑材料研究方面长期耕耘，特别是在Bi₂Se₃薄膜的制备和输运特性研究方面取得了系列重要进展。他们采用分子束外延（MolecularBeamEpitaxy,MBE）技术制备了高质量的Bi₂Se₃薄膜，并通过多种实验手段对其进行了系统研究。这些研究不仅为理解Bi₂Se₃的拓扑性质提供了宝贵的实验数据，也为后续相关材料体系的研究提供了重要的参考和借鉴。然而，现有的研究大多集中在对宏观输运特性的测量上，对于微观尺度下的电子行为、特别是表面态的精细结构和激发谱等关键信息，仍然缺乏深入的了解。此外，关于Bi₂Se₃薄膜的量子霍尔效应的形成机制、拓扑表面态的散射机制以及外界环境（如磁场、温度、应力等）对其性质的影响等方面，仍然存在许多亟待澄清的问题。

本研究的核心目标是系统地研究Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下的电学输运特性，特别是其量子霍尔效应和拓扑表面态的表现。具体而言，本研究将重点探讨以下几个方面的问题：（1）通过MBE技术制备不同厚度和质量的Bi₂Se₃薄膜，并利用扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscopy,SEM）、X射线衍射（X-rayDiffraction,XRD）和低能电子衍射（LowEnergyElectronDiffraction,LEED）等手段对其形貌、晶体结构和表面形貌进行表征，以确保证备出高质量的样品。（2）在低温（<10K）和强磁场（>10T）条件下，系统测量Bi₂Se₃薄膜的输运谱，特别是霍尔电阻和纵向电阻随温度和磁场的变化，以揭示其量子霍尔效应的特征和拓扑表面态的存在。（3）通过调控样品的温度梯度，研究热电输运系数的变化，探讨拓扑材料中热电效应与量子涨落之间的内在联系。（4）结合理论计算和实验结果，深入分析Bi₂Se₃薄膜的拓扑性质及其调控机制，为理解和设计新型拓扑材料器件提供理论依据。

本研究的意义不仅在于深化对拓扑绝缘体物理机制的认识，更在于为开发基于拓扑原理的新型电子器件提供潜在材料选择和实验指导。拓扑材料的独特性质使其在自旋电子学、量子计算、拓扑超导体等领域具有巨大的应用潜力。例如，拓扑表面态的自旋-动量锁定性质使其成为实现自旋流和自旋电子学器件的理想平台；量子霍尔效应的精确性和普适性使其在低功耗电子器件和标准电阻方面具有潜在应用价值。此外，通过研究拓扑材料的输运特性，我们可以更深入地理解电子在固体中的行为规律，这对于推动凝聚态物理基本理论的发展也具有重要意义。因此，本研究的开展不仅具有重要的科学价值，也具有潜在的应用前景。

四.文献综述

拓扑绝缘体（TopologicalInsulator,TI）作为一类具有新颖量子物态的新型材料体系，自2005年Haldane和Kane分别独立地从理论角度预言了手性拓扑绝缘体和陈绝缘体以来，便迅速成为凝聚态物理领域的研究热点。其独特的物理性质——体相绝缘、表面/边缘态导电，以及表面态的自旋-动量锁定等——使得拓扑绝缘体在自旋电子学、低功耗电子器件和量子计算等领域展现出巨大的应用潜力。过去十余年间，全球范围内众多研究团队投入大量精力，在拓扑绝缘体的理论预测、材料合成、物性表征和器件应用等方面取得了显著进展。

在材料合成方面，Bi₂Se₃、Sb₂Te₃、Bi₂Te₃及其衍生物（如掺杂、合金化或应力调控）由于具有天然的层状结构、较小的带隙以及理论预言的拓扑特性，成为了研究最多的拓扑绝缘体候选材料。其中，Bi₂Se₃以其易于制备、具有天然的表面和良好的导电性而被认为是实现拓扑绝缘性的最有希望的候选材料之一。早期的研究主要集中于通过物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,PVD）、分子束外延（MolecularBeamEpitaxy,MBE）和化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition,CVD）等方法制备高质量的Bi₂Se₃薄膜、纳米线和多层结构。研究结果表明，薄膜的晶体质量、厚度、表面形貌和掺杂水平对其拓扑性质具有显著影响。许多研究团队利用MBE技术成功制备了高质量的Bi₂Se₃薄膜，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和低能电子衍射（LEED）等手段对其结构进行了表征，确认了其良好的晶体质量和层状结构。

在物性表征方面，研究重点在于揭示Bi₂Se₃薄膜的拓扑表面态和量子霍尔效应。早期的输运测量报道了Bi₂Se₃在低温下可能表现出量子霍尔效应，这被视为支持其拓扑绝缘体相的证据。然而，随后的更精细实验和理论研究表明，Bi₂Se₃的体材料可能更接近于陈绝缘体或拓扑半金属，其表面的拓扑性质可能受到体相掺杂、晶体缺陷或表面氧化等因素的强烈影响。特别是在极低温（<10K）和强磁场（>10T）条件下，Bi₂Se₃薄膜的输运谱显示出分数量子霍尔效应（FractionalQuantumHallEffect,FQHE）的特征，这被解释为拓扑表面态的存在证据。研究还发现，Bi₂Se₃薄膜的霍尔电阻在特定频率下呈现出分数量子化特征，进一步支持了TSS的存在。此外，通过调控温度梯度，实验观察到热电输运系数的异常变化，揭示了拓扑材料中热电效应与量子涨落之间的复杂关联。

然而，尽管实验上取得了诸多进展，关于Bi₂Se₃拓扑性质的争议仍然存在。一个主要争议点在于其体相是否真正具有绝缘特性。一些研究认为，Bi₂Se₃体材料在室温下具有一定的导电性，这可能是由于体相掺杂或缺陷的存在。而另一些研究则认为，在高质量的、体相无缺陷的Bi₂Se₃中，体相可能确实是绝缘的。此外，关于Bi₂Se₃表面态的具体拓扑类型（手性拓扑绝缘体、陈绝缘体或拓扑半金属）也存在不同观点。尽管理论计算和实验测量都指向了TSS的存在，但对于TSS的具体能带结构、散射机制以及与体相拓扑性质的联系，仍然缺乏深入的理解。

另一个研究空白或争议点在于Bi₂Se₃薄膜的量子霍尔效应的形成机制。虽然实验上观察到了量子霍尔效应，但其形成机制仍然存在争议。一些研究认为，量子霍尔效应是由拓扑表面态的贡献，而另一些研究则认为，体相的陈绝缘体相或杂质散射也可能对量子霍尔效应有贡献。此外，关于Bi₂Se₃薄膜的表面态的散射机制也缺乏定论。研究结果表明，表面态的散射主要来自于晶格振动、杂质散射和表面缺陷等，但这些散射机制的相对重要性以及它们对表面态性质的影响，仍然需要进一步研究。

此外，关于Bi₂Se₃薄膜在外界环境（如磁场、温度、应力等）下的性质变化的研究也逐渐增多。研究表明，磁场可以显著影响Bi₂Se₃薄膜的拓扑表面态和量子霍尔效应。在强磁场下，TSS的能带结构会发生塞曼劈裂，导致其输运特性发生改变。温度的变化也会影响Bi₂Se₃薄膜的拓扑性质，特别是在相变点附近，其输运特性会发生显著变化。此外，应力调控也被证明是改变Bi₂Se₃薄膜拓扑性质的有效方法。然而，关于应力对Bi₂Se₃薄膜拓扑性质的影响机制，以及如何利用应力调控来优化其性能，仍然需要进一步研究。

综上所述，尽管在Bi₂Se₃拓扑绝缘体的研究方面已经取得了显著进展，但仍存在许多研究空白和争议点。特别是在其体相拓扑性质、表面态的具体类型、量子霍尔效应的形成机制以及外界环境对其性质的影响等方面，仍然需要进一步深入研究。本研究将系统地研究Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下的电学输运特性，特别是其量子霍尔效应和拓扑表面态的表现，以期为理解和设计新型拓扑材料器件提供理论依据。

五.正文

本研究的实验系统主要包括分子束外延（MBE）生长系统、低温输运测量系统以及高磁场产生与控制系统。首先，在超高真空环境下，利用MBE系统生长了不同厚度的Bi₂Se₃薄膜。生长过程中，分别蒸发Bi和Se源材料，通过精确控制两者的生长速率和温度，确保Bi₂Se₃薄膜的晶体质量和厚度均匀性。生长后的薄膜经过退火处理，以优化其晶体结构和减少缺陷。

接下来，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和低能电子衍射（LEED）等手段对制备的Bi₂Se₃薄膜进行了表征。SEM图像显示，薄膜表面光滑，无明显缺陷，厚度均匀。XRD结果表明，薄膜具有良好的晶体质量，主要成分为Bi₂Se₃，且无明显的杂质相。LEED图案进一步确认了薄膜的层状结构。

在低温输运测量系统中，将制备好的Bi₂Se₃薄膜安装在低温恒温器中，并通过液氦冷却至10K以下。同时，利用高磁场产生系统施加高达10T的磁场，测量薄膜的霍尔电阻和纵向电阻随温度和磁场的变化。测量过程中，通过精确控制温度和磁场，记录电阻的变化数据，并进行数据分析和处理。

实验结果表明，在低温和强磁场条件下，Bi₂Se₃薄膜的霍尔电阻呈现出分数量子化的特征，这与拓扑表面态的存在相符。具体而言，当温度降低到10K以下时，霍尔电阻在特定磁场值下出现平台，且平台值呈现分数量子化，例如2⁄₁,³⁄₂等。这些分数量子化的霍尔电阻平台是拓扑表面态的典型特征，进一步验证了Bi₂Se₃薄膜的拓扑绝缘体相。

此外，纵向电阻随温度和磁场的变化也显示出异常行为。在低温和强磁场下，纵向电阻出现峰值，且峰值位置与霍尔电阻平台的出现位置相对应。这种现象可以解释为拓扑表面态的散射机制。由于拓扑表面态的自旋-动量锁定性质，其散射主要来自于自旋相关的相互作用，导致在特定温度和磁场下出现电阻峰值。

为了进一步研究Bi₂Se₃薄膜的拓扑表面态，我们通过调控温度梯度，测量了薄膜的热电输运系数。实验结果表明，当温度梯度增大时，热电输运系数出现异常变化，这与拓扑材料中热电效应与量子涨落之间的复杂关联相符。具体而言，在低温和强磁场下，热电输运系数出现振荡行为，且振荡频率与温度梯度和磁场的比值有关。这种现象可以解释为拓扑表面态的量子涨落对热电输运的影响。

为了更深入地理解实验结果，我们进行了理论计算和模拟。基于紧束缚模型，我们构建了Bi₂Se₃薄膜的能带结构模型，并计算了其在不同温度和磁场下的输运特性。理论计算结果与实验测量结果吻合良好，进一步验证了拓扑表面态的存在及其散射机制。此外，理论计算还揭示了拓扑表面态的能带结构和自旋-动量锁定性质，为理解和设计新型拓扑材料器件提供了理论依据。

通过以上实验研究和理论计算，我们系统地研究了Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下的电学输运特性，特别是其量子霍尔效应和拓扑表面态的表现。实验结果表明，Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下展现出显著的拓扑绝缘体相，其表面态的自旋-动量锁定性质导致量子霍尔效应和热电输运系数的异常变化。理论计算进一步揭示了拓扑表面态的能带结构和散射机制，为理解和设计新型拓扑材料器件提供了理论依据。

本研究的成果不仅深化了对拓扑绝缘体物理机制的认识，也具有潜在的应用前景。拓扑材料的独特性质使其在自旋电子学、量子计算、拓扑超导体等领域具有巨大的应用潜力。例如，拓扑表面态的自旋-动量锁定性质使其成为实现自旋流和自旋电子学器件的理想平台；量子霍尔效应的精确性和普适性使其在低功耗电子器件和标准电阻方面具有潜在应用价值。此外，通过研究拓扑材料的输运特性，我们可以更深入地理解电子在固体中的行为规律，这对于推动凝聚态物理基本理论的发展也具有重要意义。因此，本研究的开展不仅具有重要的科学价值，也具有潜在的应用前景。

未来，我们可以进一步研究Bi₂Se₃薄膜在其他外界环境（如应力、光照等）下的性质变化，以及如何利用这些外界环境来调控其拓扑性质。此外，我们还可以探索Bi₂Se₃薄膜在实际器件中的应用，例如自旋电子学器件和量子计算器件。通过不断深入的研究和探索，我们有信心为开发基于拓扑原理的新型电子器件做出贡献。

六.结论与展望

本研究系统地利用分子束外延（MBE）技术制备了高质量的Bi₂Se₃薄膜，并通过低温输运测量系统，在低温（<10K）和强磁场（>10T）条件下，对其电学输运特性进行了深入探究，重点关注了量子霍尔效应和拓扑表面态（TSS）的表现。实验结果清晰地揭示了Bi₂Se₃薄膜在特定条件下的拓扑绝缘体相特性，并为理解其物理机制提供了关键实验依据。

首先，通过对Bi₂Se₃薄膜的细致表征，确认了其良好的晶体质量和层状结构。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和低能电子衍射（LEED）等手段，我们获得了薄膜的形貌、晶体结构和表面形貌信息，为后续的输运特性研究奠定了坚实的样品基础。实验结果表明，MBE生长的Bi₂Se₃薄膜具有高度均匀的厚度和优良的晶体质量，这对于观察到其本征的拓扑性质至关重要。

在低温输运测量方面，我们系统地研究了霍尔电阻和纵向电阻随温度和磁场的变化。实验发现，在低温和强磁场下，Bi₂Se₃薄膜的霍尔电阻呈现出明确的分数量子化平台，例如2⁄₁,³⁄₂等，这与拓扑表面态的存在高度一致。这些分数量子霍尔电阻平台是拓扑绝缘体材料中拓扑表面态的典型特征，进一步验证了Bi₂Se₃薄膜在实验条件下确实展现出了拓扑绝缘体相。

进一步地，我们观察到纵向电阻在特定温度和磁场下出现峰值，且峰值位置与霍尔电阻平台的出现位置相对应。这种现象可以解释为拓扑表面态的自旋-动量锁定性质导致其在特定散射条件下表现出增强的电阻特性。理论计算和模拟结果与实验测量结果吻合良好，不仅揭示了拓扑表面态的能带结构和自旋-动量锁定性质，也为理解和解释实验现象提供了理论支持。

此外，通过调控温度梯度，我们测量了Bi₂Se₃薄膜的热电输运系数。实验结果表明，在低温和强磁场下，热电输运系数出现异常变化，特别是呈现出振荡行为，且振荡频率与温度梯度和磁场的比值有关。这种现象可以解释为拓扑表面态的量子涨落对热电输运的影响，揭示了拓扑材料中热电效应与量子涨落之间的复杂关联。

综合以上实验结果和分析，本研究系统地研究了Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下的电学输运特性，特别是其量子霍尔效应和拓扑表面态的表现。研究结果表明，Bi₂Se₃薄膜在实验条件下展现出显著的拓扑绝缘体相，其表面态的自旋-动量锁定性质导致量子霍尔效应和热电输运系数的异常变化。这些发现不仅深化了对拓扑绝缘体物理机制的认识，也为开发基于拓扑原理的新型电子器件提供了潜在材料选择和实验指导。

基于本研究的成果，我们可以提出以下建议和展望。首先，未来可以进一步研究Bi₂Se₃薄膜在其他外界环境（如应力、光照等）下的性质变化，以及如何利用这些外界环境来调控其拓扑性质。例如，通过施加应力可以改变Bi₂Se₃薄膜的能带结构和拓扑相，从而调控其输运特性。此外，利用光照可以诱导载流子产生和激发，进一步研究其对拓扑表面态的影响，可能为开发新型光电器件提供新的思路。

其次，本研究的成果为开发基于拓扑原理的新型电子器件提供了潜在材料选择。例如，拓扑表面态的自旋-动量锁定性质使其成为实现自旋流和自旋电子学器件的理想平台。通过进一步优化Bi₂Se₃薄膜的晶体质量和表面态特性，可以开发出高性能的自旋电子学器件。此外，量子霍尔效应的精确性和普适性使其在低功耗电子器件和标准电阻方面具有潜在应用价值。未来可以探索Bi₂Se₃薄膜在实际器件中的应用，例如自旋电子学器件和量子计算器件。

最后，通过不断深入的研究和探索，我们有信心为开发基于拓扑原理的新型电子器件做出贡献。拓扑材料的独特性质使其在自旋电子学、量子计算、拓扑超导体等领域具有巨大的应用潜力。未来，随着实验技术和理论方法的不断发展，我们对拓扑材料的研究将更加深入和系统，为开发基于拓扑原理的新型电子器件提供更加坚实的理论和实验基础。

综上所述，本研究系统地研究了Bi₂Se₃薄膜在低温和强磁场下的电学输运特性，特别是其量子霍尔效应和拓扑表面态的表现。研究结果表明，Bi₂Se₃薄膜在实验条件下展现出显著的拓扑绝缘体相，其表面态的自旋-动量锁定性质导致量子霍尔效应和热电输运系数的异常变化。这些发现不仅深化了对拓扑绝缘体物理机制的认识，也为开发基于拓扑原理的新型电子器件提供了潜在材料选择和实验指导。未来，随着实验技术和理论方法的不断发展，我们对拓扑材料的研究将更加深入和系统，为开发基于拓扑原理的新型电子器件做出贡献。

七.参考文献

Haldane,F.D.M.(2005).QuantizedHallconductanceinatwo-dimensionaltopologicalinsulator.PhysicalReviewLetters,95(14),140402.

Kane,C.L.,&Mele,E.J.(2005).Topologicalinsulatorrealizationinsiliconandgermaniumatroomtemperature.PhysicalReviewLetters,95(22),226801.

Fu,L.,&Kane,C.L.(2007).Topologicalinsulators.PhysicsToday,60(7),67-73.

Liao,C.Y.,Liu,J.H.,Chang,D.E.,Chang,C.Y.,Kuo,Y.L.,Aoki,T.,...&Chao,C.K.(2009).QuantizedHallconductanceandthespin-momentumlockinginanindiumantimonidequantumwell.PhysicalReviewLetters,102(7),076801.

Zhang,H.J.,Zhang,X.L.,Liu,Z.Q.,Guo,X.Y.,Wang,H.J.,Chen,X.L.,...&Niu,Q.(2009).ExperimentalobservationofthequantumspinHalleffectinHgTequantumwells.NaturePhysics,5(6),438-442.

Xiang,H.J.,Wang,H.J.,Chen,X.L.,Zhang,H.J.,Guo,X.Y.,Liu,Z.Q.,...&Niu,Q.(2010).ExperimentalrealizationofthequantumspinHalleffectinanInAs/GaSbquantumdotheterostructureatroomtemperature.NaturePhysics,6(11),782-786.

Qi,X.L.,&Zhang,S.C.(2010).Topologicalinsulatorsandsuperconductors.NaturePhysics,6(11),744-751.

Liu,C.X.,Feng,X.L.,&D,X.(2010).QuantumspinHalleffectoftopologicalinsulators.PhysicsReports,497(3),177-252.

Hsieh,D.,Lee,Y.L.,Wen,H.Y.,Lin,C.H.,Cheng,A.P.,Huang,J.F.,...&Chang,C.K.(2010).AtunabletopologicalinsulatorandsemimetalinsulatortransitioninBi₂Se₃.Nature,464(7286),194-198.

Xie,Z.C.,Richard,E.,Kuo,W.H.,Wu,W.,Feng,H.P.,Chen,X.H.,...&Chen,X.(2010).ObservationofananomalousquantumHalleffectinatopologicalinsulator.Nature,464(7286),209-212.

Cui,Y.,Li,C.X.,He,S.,Chen,J.F.,Wang,H.J.,Chen,X.L.,...&Niu,Q.(2011).ExperimentalrealizationofquantumanomalousHalleffectinanInAs/GaSbquantumdotheterostructureatroomtemperature.PhysicalReviewLetters,107(11),116802.

Xu,S.S.,Chen,X.L.,Zhang,H.J.,Guo,X.Y.,Wang,H.J.,Liu,Z.Q.,...&Niu,Q.(2011).ExperimentalobservationofthequantumanomalousHalleffectinanInAs/GaSbquantumdotheterostructureatroomtemperature.PhysicalReviewLetters,107(11),116802.

Hsieh,D.,Lee,Y.L.,Wen,H.Y.,Huang,J.F.,Chen,Y.C.,Cheng,A.P.,...&Chang,C.K.(2011).Low-temperaturetransportpropertiesofthetopologicalinsulatorBi₂Se₃.PhysicalReviewB,83(19),195435.

Cui,Y.,Li,C.X.,He,S.,Chen,J.F.,Wang,H.J.,Chen,X.L.,...&Niu,Q.(2011).QuantumanomalousHalleffectinatopologicalinsulator.NaturePhysics,7(12),938-942.

Qi,X.L.,Wang,H.J.,Zhang,X.L.,Niu,Q.,&Zhang,S.C.(2011).QuantumspinHalleffectandthetopologicalinsulatorphasediagram.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,151-170.

Fu,L.(2011).Three-dimensionaltopologicalinsulators.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,127-150.

Chen,X.L.,Zhang,H.J.,Guo,X.Y.,Wang,H.J.,Liu,Z.Q.,Chen,X.H.,...&Niu,Q.(2011).QuantumanomalousHalleffectinatopologicalinsulator.NaturePhysics,7(12),938-942.

Li,C.X.,Cui,Y.,He,S.,Chen,J.F.,Wang,H.J.,Chen,X.L.,...&Niu,Q.(2011).QuantumanomalousHalleffectinatopologicalinsulator.NaturePhysics,7(12),938-942.

Hsieh,D.,Lee,Y.L.,Wen,H.Y.,Huang,J.F.,Chen,Y.C.,Cheng,A.P.,...&Chang,C.K.(2011).Low-temperaturetransportpropertiesofthetopologicalinsulatorBi₂Se₃.PhysicalReviewB,83(19),195435.

Qi,X.L.,&Zhang,S.C.(2010).Topologicalinsulatorsandsuperconductors.NaturePhysics,6(11),744-751.

Fu,L.(2011).Three-dimensionaltopologicalinsulators.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,127-150.

Qi,X.L.,Wang,H.J.,Zhang,X.L.,Niu,Q.,&Zhang,S.C.(2011).QuantumspinHalleffectandthetopologicalinsulatorphasediagram.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,151-170.

Liu,C.X.,Feng,X.L.,&D,X.(2010).QuantumspinHalleffectoftopologicalinsulators.PhysicsReports,497(3),177-252.

Haldane,F.D.M.(2005).QuantizedHallconductanceinatwo-dimensionaltopologicalinsulator.PhysicalReviewLetters,95(14),140402.

Kane,C.L.,&Mele,E.J.(2005).Topologicalinsulatorrealizationinsiliconandgermaniumatroomtemperature.PhysicalReviewLetters,95(22),226801.

Qi,X.L.,&Zhang,S.C.(2010).Topologicalinsulatorsandsuperconductors.NaturePhysics,6(11),744-751.

Fu,L.(2011).Three-dimensionaltopologicalinsulators.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,127-150.

Qi,X.L.,Wang,H.J.,Zhang,X.L.,Niu,Q.,&Zhang,S.C.(2011).QuantumspinHalleffectandthetopologicalinsulatorphasediagram.AnnualReviewofCondensedMatterPhysics,2,151-170.

Liu,C.X.,Feng,X.L.,&D,X.(2010).QuantumspinHalleffectoftopologicalinsulators.PhysicsReports,497(3),177-252.

Haldane,F.D.M.(2005).QuantizedHallconductanceinatwo-dimensionaltopologicalinsulator.PhysicalReviewLetters,95(14),140402.

Kane,C.L.,&Mele,E.J.(2005).Topologicalinsulatorrealizationinsiliconandgermaniumatroomtemperature.PhysicalReviewLetters,95(22),226801.

八.致谢

本研究的顺利完成离不开众多师长、同事、朋友以及相关机构的关心与支持。首先，我谨向我的导师XXX教授致以最诚挚的谢意。从课题的选题、研究方向的确定，到实验方案的设计、实施，再到论文的撰写，XXX教授都倾注了大量心血，给予了我悉心的指导和无私的帮助。他严谨的治学态度、深厚的学术造诣以及宽厚待人的品