【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子计算，尤其涉及一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法、系统、计算机设备、存储介质及程序产品。
技术介绍
1、拓扑材料是当前凝聚态物理领域重要的研究方向。一个拓扑材料表现为内部能带具有非零的拓扑不变量；对应地，表面存在特殊的能带结构。这些结构蕴藏极高的应用潜力，尤其是对低功耗、高性能器件和量子计算机以及自旋电子学的发展大有裨益。该领域中，量子反常霍尔绝缘体是典型代表，因其无需外磁场即可实现霍尔电阻的量子化和无能隙的边缘态，故而应用潜力更高，受到了理论和实验学家的广泛关注。
2、可观测到霍尔电导具有量子化的平台：ce2/h，同时纵向电阻消失，这意味着电子沿边缘通道移动时不发生耗散。其中e是电子电荷，h是普朗克常数，c是拓扑不变量——陈数，它决定边缘通道的数量。但金属电极和边缘通道之间的接触电阻是材料中无法避免的弊端，在量子反常霍尔绝缘体中，接触电阻的最小值为h/(ce2)。可以看到，增大陈数将能够大大降低接触电阻，并显著提高器件的性能。因此高陈数结构的研究是该领域的一个重要方向。
3、目前研究高陈数模型的方法多为试错法，研究步骤为选取一种晶格结构后尝试写哈密顿量，计算模型的陈数，分析能带结构。这种方法需要先假设出哈密顿量，然后计算陈数，如果不满足要求，需要重新假定一个新的哈密顿量，然后再重新计算陈数。然而，对每一个哈密顿量都需要计算一次陈数，需要耗费大量时间才能筛选出一个合适的模型，且无法大批量复制。
技术实现思路
1、本专利技术针
2、第一方面，本专利技术提供一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，包括：
3、s1，确定两带模型每个拓扑缺陷的拓扑荷；
4、s2，根据每个拓扑缺陷处哈密顿量z分量值确定对应的拓扑荷对陈数的贡献，以确定价带或导带的陈数；
5、s3，根据二维晶格结构的类型，对哈密顿量做傅里叶变换，得到实空间中的紧束缚哈密顿量；
6、s4，利用混合边界条件对实空间中的紧束缚哈密顿量做一维傅里叶变换，得到一维有效哈密顿量；
7、s5，判断无能隙的边缘态的数量是否等于导带陈数的绝对值；其中，无能隙的边缘态为一维有效哈密顿量的本征值对应的图像的无能隙的边缘态；
8、s6，如果等于，则将无能隙的边缘态的数量作为量子反常霍尔绝缘体的陈数；
9、s7，如果不等于，则重新构建两带模型的哈密顿量及其x分量和y分量关于二维动量的表达式，返回执行s1的操作。
10、可选地，所述确定两带模型每个拓扑缺陷的拓扑荷，包括：
11、构建两带模型的哈密顿量的x分量hx和y分量hy关于二维动量(kx，ky)的表达式；
12、将满足hx＝0和hy＝0的(kx,ky)作为两带模型拓扑缺陷的坐标；
13、获取二维矢量(hx,hy)的矢量分布图；矢量分布图中所有箭头都远离坐标点时，坐标点对应的拓扑荷为+1；矢量分布图中所有箭头都向坐标点汇聚时，坐标点对应的拓扑荷为+1；矢量分布图中箭头在一个方向远离坐标点，并在另一个方向向坐标点汇聚时，坐标点对应的拓扑荷为-1；矢量分布图中箭头围绕坐标点时，坐标点对应的拓扑荷为-1。
14、可选地，所述根据每个拓扑缺陷处哈密顿量z分量值确定对应的拓扑荷对陈数的贡献，以确定价带或导带的陈数，包括：
15、构建两带模型的哈密顿量的z分量hz的表达式；
16、在hz大于0的情况下，根据以下公式计算导带的陈数cn：
17、
18、其中，ln为导带上的缺陷总数；wl为第l个缺陷的拓扑荷；
19、在hz小于0的情况下，根据以下公式计算导带的陈数cs：
20、
21、其中，ls为价带上的缺陷总数。
22、第二方面，本专利技术提供一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，包括：
23、第一确定模块，用于确定两带模型每个拓扑缺陷的拓扑荷；
24、第二确定模块，用于根据每个拓扑缺陷处哈密顿量z分量值确定对应的拓扑荷对陈数的贡献，以确定价带或导带的陈数；
25、第一傅里叶变换模块，用于根据二维晶格结构的类型，对哈密顿量做傅里叶变换，得到实空间中的紧束缚哈密顿量；
26、第二傅里叶变换模块，用于利用混合边界条件对实空间中的紧束缚哈密顿量做一维傅里叶变换，得到一维有效哈密顿量；
27、判断模块，用于判断无能隙的边缘态的数量是否等于导带陈数的绝对值；其中，无能隙的边缘态为一维有效哈密顿量的本征值对应的图像的无能隙的边缘态；
28、第三确定模块，用于在判断模块确定无能隙的边缘态的数量等于导带陈数的绝对值的情况下，确定将无能隙的边缘态的数量作为量子反常霍尔绝缘体的陈数；
29、第四确定模块，用于在判断模块确定无能隙的边缘态的数量不等于导带陈数的绝对值的情况下，确定重新构建两带模型的哈密顿量及其x分量和y分量关于二维动量的表达式，并执行第一确定模块的操作。
30、可选地，所述第一确定模块包括：
31、第一构建单元，用于构建两带模型的哈密顿量的x分量hx和y分量hy关于二维动量(kx,ky)的表达式；
32、第一确定单元，用于将满足hx＝0和hy＝0的(kx,ky)作为两带模型拓扑缺陷的坐标；
33、获取单元，用于获取二维矢量(hx,hy)的矢量分布图；矢量分布图中所有箭头都远离坐标点时，坐标点对应的拓扑荷为+1；矢量分布图中所有箭头都向坐标点汇聚时，坐标点对应的拓扑荷为+1；矢量分布图中箭头在一个方向远离坐标点，并在另一个方向向坐标点汇聚时，坐标点对应的拓扑荷为-1；矢量分布图中箭头围绕坐标点时，坐标点对应的拓扑荷为-1。
34、可选地，所述第二确定模块包括：
35、第二构建单元，用于构建两带模型的哈密顿量的z分量hz的表达式；
36、第一计算单元，用于在hz大于0的情况下，根据以下公式计算导带的陈数cn：
37、
38、其中，ln为导带上的缺陷总数；wl为第l个缺陷的拓扑荷；
39、第二计算单元，用于在hz小于0的情况下，根据以下公式计算导带的陈数cs：
40、
41、其中，ls为价带上的缺陷总数。
42、第三方面，本专利技术提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现第一方面所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法的步骤。
43、第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时第一方面所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法的步骤。
44、第五方面，本专利技术提供一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，所述确定两带模型每个拓扑缺陷的拓扑荷，包括：
3.根据权利要求1所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，所述根据每个拓扑缺陷处哈密顿量z分量值确定对应的拓扑荷对陈数的贡献，以确定价带或导带的陈数，包括：
4.一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，其特征在于，所述第一确定模块包括：
6.根据权利要求4所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，其特征在于，所述第二确定模块包括：
7.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现权利要求1-3任一项所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储
9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可执行指令或计算机程序，计算机可执行指令或计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-3任一项所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，所述确定两带模型每个拓扑缺陷的拓扑荷，包括：
3.根据权利要求1所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定方法，其特征在于，所述根据每个拓扑缺陷处哈密顿量z分量值确定对应的拓扑荷对陈数的贡献，以确定价带或导带的陈数，包括：
4.一种基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的基于拓扑缺陷的量子反常霍尔绝缘体的陈数确定系统，其特征在于，所述第一确定模块包括：
6.根据权利要求4所述的基于拓...
【专利技术属性】
技术研发人员：常治文，张冰，刘鑫，郝维昌，
申请(专利权)人：苏州市职业大学，
类型：发明
国别省市：
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