Trong luận án này, chúng tôi nghiên cứu về điều kiện tồn tại và các tính
chất của pha điện môi tô pô và pha từ tính trong chất điện môi tô pô từ.
Đồng thời khảo sát ảnh hưởng của sự mất trật tự của tạp từ, sự phá vỡ đối
xứng tâm của mạng tinh thể, và tương quan điện tử lên tính chất của các pha
tô pô và pha từ tính. Các kết quả chính mà luận án đã thu được cụ thể như
sau:
Chúng tôi đã nghiên cứu tác động của tạp từ lên tính chất của các pha
điện môi tô pô và pha từ tính trong chất điện môi tô pô từ. Các kết quả cho
thấy tạp từ tác động một cách khác nhau lên các đặc tính tô pô của chất
điện môi tô pô từ, phụ thuộc vào mật độ lấp đầy electron. Tại mật độ lấp đầy
một nửa, bất biến tô pô bền vững bất kể mật độ tạp từ được pha vào, trong
khi tại mật độ lấp đầy một phần tư, bất biến tô pô bị triệt tiêu bởi tạp từ.
Trạng thái điện môi không chỉ xảy ra tại mật độ lấp đầy một nửa, lấp đầy
một phần tư, chúng tôi cũng quan sát được trạng thái điện môi tại mật độ
lấp đầy electron (hay lỗ trống) bằng mật độ pha tạp từ. Tuy nhiên, các trạng
thái điện môi trong trường hợp này là điện môi tô pô tầm thường.
Chúng tôi đã nghiên cứu các trạng thái điện môi tô pô trong chất điện
môi tô pô từ khi đối xứng tâm của mạng tinh thể bị phá vỡ thông qua thế ion
so le. Chúng tôi đã xây dựng hàm Green tô pô để có thể xác định các pha tô
pô của hệ các fermion tương tác. Trạng thái điện môi tô pô có thể được xác
định thông qua sự giao nhau của các không điểm của các thành phần chéo
của hàm Green tô pô trong không gian động lượng. Ngoài ra, trạng thái điện
môi tô pô cũng có thể được xác định dựa trên bất biến tô pô. Các kết quả cho
thấy, việc xác định các pha tô pô thông qua sự trùng nhau của không điểm
là phù hợp với bất biến tô pô của các hệ điện tử tương quan. Chúng tôi xác
định các pha tô pô trong một mô hình tối thiểu của chất điện môi từ khi hệ
có đối xứng nghịch đảo thời gian và khi hệ không có đối xứng nghịch đảo thời
gian. Kết quả cho thấy tương tác tương hỗ giữa trao đổi spin và thế ion có
thể gây ra sự phá vỡ tô pô của spin. Chúng tôi đã chỉ ra sự tồn tại của trạng
thái nửa tô pô trong trạng thái phản sắt từ khi có sự phá vỡ đối xứng tâm
của mạng tinh thể. Trạng thái nửa tô pô được đặc trưng bởi phá vỡ tô pô của
spin, khi electron với một hướng spin hình thành trạng thái điện môi tô pô,
trong khi, electron với hướng spin ngược lại hình thành trạng thái điện môi
tô pô tầm thường. Trạng thái nửa tô pô có khả năng tồn tại bất kể chất điện
môi tô pô từ có hay không có đối xứng nghịch đảo thời gian. Trật tự từ tầm
xa phản sắt từ và phá vỡ đối xứng tâm của mạng tinh thể là điều kiện cần
thiết để hình thành pha nửa tô pô.
Tuy nhiên, trong luận án này, chúng tôi chưa xem xét đồng thời vai trò
và ảnh hưởng của sự mất trật tự của tạp từ và phá vỡ đối xứng tâm. Chúng
tôi sẽ nghiên cứu vấn đề này trong các nghiên cứu tiếp theo.
137 trang |
Chia sẻ: Kim Linh 2 | Ngày: 11/11/2024 | Lượt xem: 18 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Chuyển pha kim loại - điện môi từ trong một số hệ điện tử tương quan trao đổi kép, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Anomalous Hall Insulator to Anderson Insulator Quantum Phase Tran-
sition and its Scaling Behavior", Physical Review Letters 117, 126802.
[35] Weng H., Yu R., Hu X. et al (2015), "Quantum anomalous Hall effect
and related topological electronic states", Advances in Physics, 64, 227.
[36] Daniel P.A, Berg E., Kivelson S. et al (2022), "The Hubbard Model",
Annual Review of Condensed Matter Physics, 13, 239-274.
[37] Trần Minh Tiến (2020), "Phương pháp hàm Green cho các hệ nhiều hạt",
Nhà xuất bản Khoa học và Công nghệ, Hà Nội.
[38] Franz M., Molenkamp L. (2013), "Topological Insulators", Elsevier B.V.,
Oxford.
[39] Mahan G.D (2000), Many-Particle Physics, Third Edition, Springer.
[40] Tsui D.C, Stomer H.L, and Gossard A.C (1982), “Two-Dimensional Mag-
neto transport in the Extreme Quantum Limit”, Physical Review Letters,
48, 1559.
[41] Haldane F.D.M (1988), “Model for a Quantum Hall Effect without Lan-
dau Levels”, Physical Review Letters, 61.
105
[42] Novoselov K.S, Geim A.K, Morozov S.V et al (2004), "Electric Field
Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, 306, 666-669.
[43] Wolf S.A, Awschalom D.D, Buhrman R.A et al (2001), “Spintronics: A
Spin-Based Electronics Vision for the Future”, Science 294 1488.
[44] D’yakonov M.I and Perel V.I (1971), “Possibility of Orienting Electron
Spins with Current”, Journal of Experimental and Theoretical Physics
Letters, 13, 467.
[45] Kato Y.K, Myers R.C, Gossard A.C et al (2004), “Observation of the spin
Hall effect in semiconductors”, Science 306, 1910.
[46] Murakami S., Nagaosa N., and Zhang S.C (2004), “Spin-Hall Insulator”,
Physical Review Letters, 93, 156804.
[47] Onoda M. and Nagaosa N. (2005), “A Scheme to Classify Topological
Property of Band Insulator Based On One-band U (1) Chern Number”,
Physical Review Letters, 95, 106601.
[48] Kane C.L and Mele E.J (2005), “Quantum Spin Hall Effect in Graphene”,
Physical Review Letters, 95, 226801.
[49] Kane C.L and Mele E.J (2005), “Z2 Topological Order and the Quantum
Spin Hall Effect”, Physical Review Letters, 95, 146802.
[50] Bernevig B.A, Hughes T.L, and Zhang S.C (2006), “Quantum Spin Hall
Effect and Topological Phase Transition in HgTe Quantum Wells”, Sci-
ence, 314, 1757.
[51] Koenig M., Wiedmann S., Bruene C. et al(2007), “Quantum spin hall
insulator state in HgTe quantum wells”, Science, 318, 766.
[52] Moore J.E and Balents L. (2007), “Topological invariants of time-reversal-
invariant band structures”, Physical Review B, 75, 121306(R).
106
[53] Fu L. and Kane C.L (2007), “Topological insulators with inversion sym-
metry”, Physical Review B, 76, 045302.
[54] Hsieh D., Qian D., Wray L. et al (2008), “A topological Dirac insulator
in a quantum spin Hall phase”, Nature, 452, 970.
[55] Hall E.H (1881), “On the Rotational coefficient in nickel and cobalt”,
Philosophical Magazine Series, 5, 12, 157–172.
[56] Qi X.L, Hughes T.L and Zhang S.C (2008), “Topological field theory of
time-reversal invariant insulators”, Physical Review B, 78, 195424.
[57] Liu C.X, Qi X.L, Dai X. et all (2008), “Quantum Anomalous Hall Effect
in Hg1–yMnyTe Quantum Wells”, Physical Review Letters, 101, 146802.
[58] Chang C.Z, Zhang J.S, Liu M.H et al (2013), “Molecular beam epitaxial
growth of Bi2Te3 and Sb2Te3 topological insulators on GaAs (111) sub-
strates: a potential route to fabricate topological insulator p-n junction”,
Adv. Materials, 25, 1065.
[59] Nandkishore R. and Levitov L. (2010), “Quantum anomalous Hall state
in bilayer graphene”, Physical Review B, 82, 115124.
[60] Ding J., Qiao Z.H, Feng W.X et all (2011), “Topological metallic phases
in spin–orbit coupled bilayer systems”, Physical Review B, 84, 195444.
[61] Ezawa M. (2012), “Valley-Polarized Metals and Quantum Anomalous Hall
Effect in Silicene”, Physical Review Letters, 109, 055502.
[62] Ezawa M. (2013), “Photoinduced Topological Phase Transition and a Sin-
gle Dirac-Cone State in Silicene”, Physical Review Letters, 110, 026603.
[63] Liu X., Hsu H.C and Liu C.X (2013), “In-Plane Magnetization-Induced
Quantum Anomalous Hall Effect”, Physical Review Letters, 111, 086802.
[64] Chang C.Z, Wei P. and Moodera J.S (2014), “Observation of Interfacial
Antiferromagnetic Coupling between Magnetic Topological Insulator and
Antiferromagnetic Insulator”, MRS Bull., 39, 867.
107
[65] Dietl T. and Ohno H. (2014), “Dilute ferromagnetic semiconductors:
Physics and spintronic structures”, Reviews of Modern Physics, 86(1),
187.
[66] Chang C.Z, Zhang J., Feng X. et al (2013),"Experimental observation of
the quantum anomalous Hall effect in a magnetic topological insulator",
Science, 340, 167.
[67] Chang C.Z, Zhao W, Kim D.Y et all (2015), “High-precision realization of
robust quantum anomalous Hall state in a hard ferromagnetic topological
insulator”, Nature Materials, 14, 473.
[68] Tcakaev A, Zabolotnyy V.B, Green R.J et al (2020), "Comparing mag-
netic ground-state properties of the V- and Cr-doped topological insulator
(Bi, Sb)2Te3", Physical Review B, 101(4), 045127.
[69] Van Vleck (1932), “Theory of the Variations in Paramagnetic Anisotropy
Among Different Salts of the Iron Group”, Physical Review, 41, 208.
[70] Bloembergen and Rowland (1955), “Nuclear Spin Exchange in Solids:
T l203 and T l205 Magnetic Resonance in Thallium and Thallic Oxide”,
Physical Review, 97, 1679.
[71] Liu Q, Liu C.X, Xu C. et all (2009), “Magnetic Impurities on the Surface
of a Topological Insulator”, Physical Review Letters, 102(15), 156603.
[72] Duffy L.B, Steinke N.J, Krieger J.A et al (2018), “Microscopic effects of
Dy doping in the topological insulator Bi2Te3”, Physical Review B, 97,
174427.
[73] Zhang, Y.F. Li, Y. Liu, and Y. Zhu (2018a), “Realizing both giant mag-
netic anisotropy and quantum anomalous Hall effect in graphene with
adsorbed Te-Co dimer”, Journal of Physics: Condensed Matter, 31(4),
045802.
108
[74] Jungwirth, T., J. Sinova, J. Masek et al (2006), “Theory of ferromagnetic
(III,Mn)V semiconductors”, Reviews of Modern Physics, 78(3), 809.
[75] Chang, C.-Z., P. Tang, Y.-L. Wang et al (2014), “Topology-driven mag-
netic quantum phase transition in topological insulators”, Physical Review
Letters, 112(5), 056801.
[76] Ando T. and Uemura Y. (1974), “Theory of Quantum Transport in a
Two-Dimensional Electron System under Magnetic Fields”, Journal of
the Physical Society of Japan, 36 959.
[77] Fukui T., Hatsugai Y., and Suzuki H. (2005), "Chern Numbers in Dis-
cretized Brillouin Zone: Efficient Method of Computing (Spin) Hall Con-
ductances", Journal of the Physical Society of Japan, 74, 1674.
[78] Wang Z. and Zhang S.C (2012), "Simplified Topological Invariants for
Interacting Insulators", Physical Review X, 2, 031008.
[79] Halperin B.I (1982), “Quantized Hall conductance, current-carrying edge
states, and the existence of extended states in a two-dimensional disor-
dered potential”, Physical Review B, 25 2185.
[80] Jackiw R. and Rebbi C. (1976), “Solitons with fermion number 1/2”,
Physical Review D, 13, 3398.
[81] Zi Y.M, Hung H.H, Thomas C.L (2014), “The characterization of topolog-
ical properties in Quantum Monte Carlo simulations of the Kane-Mele-
Hubbard model”, Modern Physics Letters B, 28, 1430001.
[82] Zhang Y.Z, Tran Minh Tien, Yushankhai V. and Thalmeier P. (2005),
"Metal-insulator transition in the quarter-filled frustrated checkerboard
lattice", The European Physical Journal B - Condensed Matter and Com-
plex Systems, 44, 265-276.
[83] Dieter V., Krzysztof B., and Marcus K. (2011), "Dynamical Mean
- Field Theory", Condensed Matter - Strongly Correlated Electrons,
arXiv:1109.4833v1.
109
[84] Marcus L. (2005), "Dynamical Mean - Field Theory" , lecture in summer
school.
[85] Zhang X.Y, Rozenberg M.J, and Kotliar G. (1993), "Mott transition in
the d =∞ Hubbard model at zero temperature", Physcal Review Letters,
70, 1666.
[86] Georges A., Kotliar G., Krauth W. et al (1996), "Dynamical mean-field
theory of strongly correlated fermion systems and the limit of infinite
dimensions", Reviews of Modern Physics, 68, 13.
[87] Kotliar G., Savrasov S.Y., Haule K. et all (2006), "Electronic struc-
ture calculations with dynamical mean-field theory", Reviews of Modern
Physics, 78, 865.
[88] Held K. (2007), "Electronic structure calculations using dynamical mean
field theory", Advances in Physics, 56, 829 - 926.
[89] Kim S.Y., Lee M.C., Han G. et all (2018), "Spectroscopic Studies on
the Metal-Insulator Transition Mechanism in Correlated Materials", Ad-
vances Materials, 1704777.
[90] Maier T., Jarrell M., Pruschke T. et all (2005),"Quantum cluster theo-
ries", Reviews of Modern Physics, 77, 1027.
[91] Kotliar G., Savrasov S.Y, Palsson G., and Biroli G. (2001), "Cellular Dy-
namical Mean Field Approach to Strongly Correlated Systems", Physical
Review Letters 87, 186401.
[92] Tran Minh Tien (1998), "Nonlocal dynamical correlations in the Falicov-
Kimball model", Physical Review B, 58, R15965(R).
[93] Tran Minh Tien (1999), "Inclusion of nonlocal correlations in the dynami-
cal mean-field approach to finite-dimension systems", Physical Review B,
60, 16371.
110
[94] Tran Minh Tien (1999), "Effect of nonlocal charge correlations on the
Mott-Hubbard transition", Europhysics Letters, 47, 582.
[95] Tran Minh Tien (2001), "Nonlocal dynamical correlations in the Hub-
bard model: A noncrossing approximation study", Physical Review B,
63, 165117.
[96] Burkov A.A (2018), "Weyl Metals", Reviews of Condensed Matter
Physics, 9, 359.
[97] Armitage N.P, Mele E.J, and Vishwanath A. (2018),"Weyl and Dirac
semimetals in three-dimensional solids", Reviews of Modern Physics, 90,
015001.
[98] Yan B. and Felser C. (2017), "Topological Materials: Weyl Semimetals",
Annual Review of Condensed Matter Physics, 8, 337.
[99] Zhang J., Chang C.Z, Tang P. et al (2013), "Topology-driven magnetic
quantum phase transition in topological insulators", Science, 339, 1582.
[100] Jin H., Im J., and Freeman A.J (2011), "Topological and magnetic phase
transitions in Bi2Se3 thin films with magnetic impurities", Physical Re-
view B, 84, 134408.
[101] Zhang J.M, Ming W., Huang Z. et al (2013), "Stability, electronic,
and magnetic properties of the magnetically doped topological insula-
tors Bi2Se3, Bi2Te3, and Sb2Te3", Physical Review B, 88, 235131.
[102] Hohenadler M. and Assaad F.F (2013), "Correlation effects in two-
dimensional topological insulators", Journal of Physics: Condensed Mat-
ter, 25, 143201.
[103] Rachel S. (2018), "Interacting topological insulators: a review", Reports
on Progress in Physics, 81, 116501.
111
[104] Yoshida T., Peters R., Fujimoto S. et al (2013), "Topological antiferro-
magnetic phase in a correlated Bernevig-Hughes-Zhang model", Physical
Review B, 87, 085134.
[105] Miyakoshi S. and Ohta Y. (2013), "Antiferromagnetic topological in-
sulator state in the correlated Bernevig-Hughes-Zhang model", Physical
Review B, 87, 195133.
[106] Kumar P., Mertz T., and Hofstetter W. (2016), "Interaction-induced
topological and magnetic phases in the Hofstadter-Hubbard model",
Physical Review B, 94, 115161.
[107] Rachel S. (2016), "Quantum phase transitions of topological insulators
without gap closing", Journal of Physics: Condensed Matter, 28, 405502.
[108] Amaricci A., Valli A., Sangiovanni G. et al (2018), "Coexistence of
metallic edge states and antiferromagnetic ordering in correlated topo-
logical insulators", Physical Review B, 98, 045133.
[109] Timm C. (2003), "Disorder effects in diluted magnetic semiconductors",
Journal of Physics: Condensed Matter, 15, R1865.
[110] Dagotto E. (2003), "Nanoscale phase separation and colossal magnetore-
sistance : the physics of manganites and related compounds", Springer
Series in Solid-State Sciences, Vol. 136.
[111] Dobrosavljevic V. and Kotliar G. (1997), "Mean Field Theory of the
Mott-Anderson Transition", Physical Review Letters, 78, 3943.
[112] Miranda E. and Dobrosavljevic V. (2005), "Disorder-Driven Non-Fermi
Liquid Behavior of Correlated Electrons", Reports on Progress in Physics,
68, 2337.
[113] Byczuk K., Hofstetter W., and Vollhardt D. (2005), "Mott-Hubbard
Transition versus Anderson Localization in Correlated Electron Systems
with Disorder", Physical Review Letters, 94, 056404.
112
[114] Byczuk K. (2005), "Metal - insulator transitions in the Falicov - Kimball
model with disorder", Physical Review B, 71, 205105.
[115] Furukawa N. (1994), "Transport Properties of the Kondo Lattice Model
in the Limit S = ∞ and D = ∞", Journal of the Physical Society of
Japan, 63 3214.
[116] Furukawa N. (1995), "Steady-State Thermodynamics for Crossed Trans-
port Phenomena of Heat and Matter", Journal of the Physical Society of
Japan, 64, 2754.
[117] Furukawa N. (1996), "Spin Excitation Spectrum of La1– xAxMnO3", J.
Phys. Soc. Japan, 65 1174.
[118] Yunoki S., Hu J., Malvezzi A.L et al (1998), "Phase Separation in Elec-
tronic Models for Manganites", Physical Review Letters, 80, 845.
[119] Kogan E. and Auslender M. (2003), "Paramagnetic-ferromagnetic tran-
sition in a double-exchange model", Physical Review B, 67, 132410.
[120] Phan Van Nham and Tran Minh Tien (2003), "Transport properties in
a simplified double-exchange model", Mod. Phys. Lett. B, 17, 39.
[121] Tran Minh Tien (2003), "Charge-ordered ferromagnetic phase in man-
ganites", Physical Review B, 67, 144404.
[122] Phan Van Nham and Tran Minh Tien (2005), "Transport properties in
a simplified double-exchange model", Physical Review B, 72, 214418.
[123] Phan Van Nham and Tran Minh Tien (2015), "Spin dynamics in param-
agnetic diluted magnetic semiconductors", Physical Review B, 92, 155201.
[124] Phan Van Nham, Ninh Quoc Huy, and Tran Minh tien (2016), "Metallic
ferromagnetism-insulating charge order transition in doped manganites",
Physical Review B, 93, 165115.
113
[125] Hor Y.S, Roushan P., Beidenkopf H. et al (2010), "Development of fer-
romagnetism in the doped topological insulator Bi2–xMnxTe3", Physical
Review B 81, 195203.
[126] Feng X.Y, Dai J., Chung C.H et al (2013), "Competing Topological
and Kondo Insulator Phases on a Honeycomb Lattice", Physical Review
Letters, 111, 016402.
[127] Zhong Y., Wang Y.F, Lu H.T et al (2013), "Topological quantum phase
transition in Kane-Mele-Kondo lattice model", Physical Review B, 88,
235111.
[128] Tran Minh Tien and Kim K.S (2010), "Probing surface states of topolog-
ical insulators: Kondo effect and Friedel oscillations in a magnetic field",
Physical Review B, 82, 155142.
[129] Tran minh Tien, Takimoto T., and Kim K.S (2012), "Phase diagram for
a topological Kondo insulating system", Physical Review B, 85, 125128.
[130] Zhang J.M, Zhu W., Zhang Y. et al (2012), "Topological Flat Bands
from Dipolar Spin Systems", Physical Review Letters, 109, 266405.
[131] Tran Minh Tien (2006), "Inhomogeneous phases in the Falicov-Kimball
model: Dynamical mean-field approximation", Physical Review B, 73,
205110.
[132] Tran Minh Tien (2007), "Statistics of local density of states in the
Falicov-Kimball model with local disorder", Physical Review B, 76,
245122.
[133] Sheng L., Xing D.Y, Sheng D.N et al (1997), "Theory of Colossal Mag-
netoresistance in R1–xAxMnO3", Physical Review Letters, 79, 1710.
[134] Sheng L., Xing D.Y, Sheng D.N et al (1997), "Metal-insulator transition
in the mixed-valence manganites", Physical Review B, 56, R7053(R).
114
[135] Sorella S. and Tosatti E. (1992), "Semi-Metal-Insulator Transition of
the Hubbard Model in the Honeycomb Lattice", Europhysics Letters, 19,
699.
[136] Tran Minh Tien and Kuroki K. (2009), "Finite-temperature semimetal-
insulator transition on the honeycomb lattice", Physical Review B, 79,
125125.
[137] Wu W., Chen Y.H, Tao H.S et al (2010), "Interacting Dirac fermions
on honeycomb lattice", Physical Review B, 82, 245102.
[138] Sorella S., Otsuka Y., and Yunoki S. (2012), "Absence of a Spin Liq-
uid Phase in the Hubbard Model on the Honeycomb Lattice", Scientific
Reports, 2, 992.
[139] Groth C.W, Wimmer M., Akhmerov A.R et al (2009), "Theory of the
Topological Anderson Insulator", Physical Review Letters, 103, 196805.
[140] Loring T.A and Hastings M.B (2010), "Disordered topological insulators
via C∗-algebras", Europhysics Letters, 92, 67004.
[141] Hastings M.B and Loring T.A (2011), "Topological insulators and C∗-
algebras: Theory and numerical practice", Annals of Physics, 326, 1699.
[142] Guo H.M (2010), "Topological invariant in three-dimensional band in-
sulators with disorder", Physical Review B, 82, 115122.
[143] Guo H.M, Rosenberg G., Refael G. et al (2010), "Topological Anderson
Insulator in Three Dimensions", Physical Review Letters, 105, 216601.
[144] Song J., Liu H., Jiang H. et al (2012), "Dependence of topological An-
derson insulator on the type of disorder", Physical Review B, 85, 195125.
[145] Girschik A., Libisch F., and Rotter S. (2013), "Topological insulator
in the presence of spatially correlated disorder", Physical Review B, 88,
014201.
115
[146] Meyer J.S and Refael G. (2013), "Disordered topological metals", Phys-
ical Review B, 87, 104202.
[147] Nguyen Duong Bo, Nguyen Hong Son, and Tran Minh Tien (2019),
"Exotic States Emerged By Spin-Orbit Coupling, Lattice Modulation and
Magnetic Field in Lieb Nano-ribbons", Communications Physics, 29, 293.
[148] Jungwirth T., Niu Q., and MacDonald A.H (2002), "Anomalous Hall
Effect in Ferromagnetic Semiconductors", Physical Review Letters, 88,
207208.
[149] Li J., Li Y., Du S. et al (2019), "Intrinsic magnetic topological insulators
in van der Waals layered MnBi2Te4-family materials", Science Advances,
5, 5685.
[150] Zhang D., Shi M., Zhu T. et al (2019), "Topological Axion States in
the Magnetic Insulator MnBi2Te4 with the Quantized Magnetoelectric
Effect", Physical Review Letters, 122, 206401.
[151] Abrikosov A.A, Gorkov L.P, and Dzyaloshinski I.E (1975), Method of
Quantum Field Theory in Statistical Physics, Dover Publications.
[152] Wang Z. and Yan B. (2013), "Topological Hamiltonian as an exact tool
for topological invariants", Journal of Physics: Condensed Matter, 25,
155601.
[153] Wang Z. and Zhang S.C (2012), "Strongly correlated topological su-
perconductors and topological phase transitions via Green’s function",
Physical Review B, 86, 165116.
[154] Denton P.B, Parke S.J, Tao T. et all (2022), "Eigenvectors from eigen-
values: A survey of a basic identity in linear algebra", Bulletin of the
American Mathematical Society, 59(1), 31.
[155] Misawa T. and Yamaji Y. (2022), "Zeros of Green Functions in Topo-
logical Insulators", Physical Review Research, 4, 023177.
116
[156] Gurarie V.(2011), "Single-particle Green’s functions and interacting
topological insulators", Physical Review B, 83, 085426.
[157] Manmana S.R, Essin A.M, Noack R.M et all (2012), "Topological invari-
ants and interacting one-dimensional fermionic systems", Physical Review
B, 86, 205119.
[158] Sbierski B. and Karrasch C. (2018), "Topological invariants for the
Haldane phase of interacting Su-Schrieffer-Heeger chains: Functional
renormalization-group approach", Physical Review B, 98, 165101.
[159] Slager R.J, Rademaker L., Zaanen J. et all (2015), "Impurity-bound
states and Green’s function zeros as local signatures of topology", Phys-
ical Review B, 92, 085126.
[160] Groot R.A.D, Mueller F.M, Engen P.G.V et al (1983), "New Class
of Materials: Half-Metallic Ferromagnets", Physical Review Letters, 50,
2024.
[161] Coey J.M.D and Venkatesan M. (2002), "Half-metallic ferromagnetism:
Example of CrO2", Journal of Applied Physics, 91, 8345.
[162] Vanhala T I, Siro T, Liang L et al (2016), "Topological Phase Transitions
in the Repulsively Interacting Haldane-Hubbard Model", Physical Review
Letters, 116, 225305.
[163] Jiang K., Zhou S., Dai X. and Wang Z. (2018), "Antiferromagnetic
Chern Insulators in Noncentrosymmetric Systems", Physical Review Let-
ters, 120, 157205.
[164] Wang Y.X and Qi D.X (2019), "Spontaneous symmetry breaking of
an interacting Chern insulator on a topological square lattice", Physical
Review B, 99, 075204.
[165] Ebrahimkhas M., Hafez-Torbati M. and Hofstetter W. (2021), "Lat-
tice symmetry and emergence of antiferromagnetic quantum Hall states",
Physical Review B, 103, 155108.
117
[166] Anderson P.W and Hasegawa H. (1955), "Considerations on Double
Exchange", Physical Review, 100, 675.
[167] Izyumov Y.A and Skryabin Y.N (2001), "Double exchange model and
the unique properties of the manganites", Physics-Uspekhi, 44, 109.
[168] Hatsugai Y. (1997), "Topological aspects of the quantum Hall effect",
J. Phys.: Condens. Matter, 9, 2507.
[169] Morita Y. and Hatsugai Y. (2000), "Plateau transitions in the pairing
model: Topology and selection", Physical Review B, 62, 99.
[170] Hedin L. and Lundqvist S.O (1969), "Effects of Electron-Electron and
Electron-Phonon Interactions on the One-Electron States of Solids",
Mathematical Physics, 23, 1-81.
[171] William W.K, Michael K. and Dmitry A. (2014), "Interacting Weyl
Semimetals: Characterization via the Topological Hamiltonian and its
Breakdown", Physical Review Letters, 113, 136402.
[172] Shen H., Zhen B., and Fu L. (2018), "Topological Band Theory for Non-
Hermitian Hamiltonians", Physical Review Letters, 120, 146402.
[173] Yoshida T., Peters R., and Kawakami N. (2018), "Non-Hermitian per-
spective of the band structure in heavy-fermion systems", Physical Review
B, 98, 035141.
[174] Zheng J.H and Hofstetter W. (2018), "Topological invariant for two-
dimensional open systems", Physical Review B, 97, 195434.
[175] Izyumov Y.A and Skryabin Y.N (2001), "Double exchange model and
the unique properties of the manganites", Physics-Uspekhi, 44, 109.
[176] Rosales H.D, Albarracin F.A.G, and Pujol P. (2019), "From frustrated
magnetism to spontaneous Chern insulators", Physical Review B, 99,
035163.
118
[177] Capponi S. and Assaad F.F (2001), "Spin and charge dynamics of the
ferromagnetic and antiferromagnetic two-dimensional half-filled Kondo
lattice model", Physical Review B, 63, 155114.
[178] Tsunetsugu H., Sigrist M., and Ueda K. (1997), "The ground-state phase
diagram of the one-dimensional Kondo lattice model", Reviews of Modern
Physics, 69, 809.
[179] Metzner W. and Vollhardt D. (1989), "Correlated Lattice Fermions in
d =∞ Dimensions", Physical Review Letters, 62, 324.
[180] Ohgushi K., Murakami S., and Nagaosa N. (2000), "Spin anisotropy and
quantum Hall effect in the kagomé lattice: Chiral spin state based on a
ferromagnet", Physical Review B, 62, R6065.
[181] Rahmani A., Muniz R.A, and Martin I. (2013), "Anyons in Integer
Quantum Hall Magnets", Physical Review X, 3, 031008.
[182] Jotzu G., Messer M., Desbuquois R. et al (2014), "Experimental realiza-
tion of the topological Haldane model with ultracold fermions", Nature,
515, 237.
119
PHỤ LỤC
A. Phân tích Hamiltonian trong mô hình Kane - Mele
Đầu tiên, Chúng ta xét Hamiltonian dựa trên mô hình Kane - Mele với
sự hiện diện của liên kết spin - quỹ đạo
H =− t
∑
⟨i,j⟩,σ
c†iσcjσ + iλ
∑
⟨⟨i,j⟩⟩,s,s′
νijc
†
isσ
z
ss′cjs′ (3.43)
=H1 +H2.
Chúng ta phân tích số hạng đầu tiên
H1 = −t
∑
⟨i,j⟩,σ
c†iσcjσ (3.44)
= −t
∑
i
∑
j⟨i⟩
(
C†i↑ C
†
i↓
)Cj↑
Cj↓
= −t
∑
i
∑
j⟨i⟩
(C†i↑.Cj↑ + C
†
i↓.Cj↓)
= −t(
∑
i∈A
+
∑
i∈B
)
∑
j⟨i⟩
(C†i↑.Cj↑ + C
†
i↓.Cj↓)
= −t[
∑
i∈A
∑
j⟨i⟩
(C†i↑.Cj↑ + C
†
i↓.Cj↓) +
∑
i∈B
∑
j⟨i⟩
(C†i↑.Cj↑ + C
†
i↓.Cj↓)]
= −t[
∑
i∈A
∑
j⟨i⟩
(a†i↑.bj↑ + a
†
i↓.bj↓) +
∑
i∈B
∑
j⟨i⟩
(b†i↑.aj↑ + b
†
i↓.aj↓)].
Thực hiện phép biến đổi Fourier ta có
aiσ =
1√
N
∑
k
e−ik.Riakσ, (3.45)
120
a†iσ =
1√
N
∑
k
eik.Ria†kσ. (3.46)
Chúng ta viết lại số hạng thứ nhất
H1 = − t
N
[(
∑
i∈A
∑
j⟨i⟩
(
∑
k
eik.Ria†k↑
∑
k′
e−ik
′.Rj bk′↑ +
∑
k
eik.Ria†k↓
∑
k′
e−ik
′.Rj bk′↓)
(3.47)
+
∑
i∈B
∑
j⟨i⟩
(
∑
k′
eik
′.Rj b†k′↑
∑
k
e−ik.Riak↑ +
∑
k′
eik
′.Rj b†k′↓
∑
k
e−ik
′.Riak↓))],
trong đó i, j là hai nút lân cận gần nhất nên ta có Rj = Ri + δi. Trong đó δi
là các vector lân cận gần nhất của mạng tổ ong.
H1 = − t
N
∑
Ri
∑
kk′
∑
δi
[ei(k−k
′).Ri .e−ik
′.δi(a†k↑.bk′↑ + a
†
k↓.bk′↓) (3.48)
+ ei(k−k
′).Ri .eik
′.δi(b†k↑.ak′↑ + b
†
k↓.ak′↓)]
= −t
∑
kk′
∑
δi
δ(k − k′).e−ik′.δi(a†k↑.bk′↑ + a†k↓.bk′↓)
+ δ(k − k′).eik′.δi(b†k↑.ak′↑ + b†k↓.ak′↓)]
= −t
∑
k
γk(a
†
k↑.bk↑ + a
†
k↓.bk↓)− t
∑
k
γ∗k(b
†
k↑.ak↑ + b
†
k↓.ak↓),
trong đó, γk =
∑
δi
eik
′.δi là tổng theo tất cả các vector lân cận gần nhất. γ∗k
là liên hợp phức của γk.
Chúng ta phân tích số hạng thứ hai:
H2 = iλ
∑
⟨⟨i,j⟩⟩,s,s′
νijc
†
isσ
z
ss′cjs′ (3.49)
= iλ
∑
i
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij
(
C†i↑ C
†
i↓
)1 0
0 −1
Cj↑
Cj↓
= iλ(
∑
i∈A
+
∑
i∈B
)
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij
(
C†i↑ C
†
i↓
) Cj↑
−Cj↓
= iλ(
∑
i∈A
+
∑
i∈B
)
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(C
†
i↑.Cj↑ − C†i↓.Cj↓)
= iλ[
∑
i∈A
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(C
†
i↑.Cj↑ − C†i↓.Cj↓) +
∑
i∈B
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(C
†
i↑.Cj↑ − C†i↓.Cj↓)]
121
= iλ[
∑
i∈A
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(a
†
i↑.bj↑ − a†i↓.bj↓) +
∑
i∈B
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(b
†
i↑.aj↑ − b†i↓.aj↓)].
Thực hiện phép biến đổi Fourier ta được:
H2 = iλ
1
N
[
∑
i∈A
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(
∑
k
.eik.Ria†k↑.
∑
k′
e−ik
′Rjak′↑ −
∑
k
.eik.Ria†k↓.
∑
k′
e−ik
′Rjak′↓)
(3.50)
+
∑
i∈B
∑
j⟨⟨i⟩⟩
νij(
∑
k′
.eik
′.Rj b†k′↑.
∑
k
.e−ik.Ri .bk↑ −
∑
k′
.e−ik
′.Rj .b†k′↓.
∑
k
.e−ik.Ribk↓)].
Vì i, j là hai nút lân cận gần nhất thứ hai nên ta có: Rj = Ri + ηi. Trong đó
γi là các vector lân cận gần nhất thứ hai của mạng tổ ong.
H2 = iλ.
1
N
[
∑
Ri
∑
kk′
∑
ηi
[νije
i(k−k′).Ri .e−ik
′.ηi .(a†k↑.ak′↑ − a†k↓.ak′↓ + b†k↑.bk′↑ − b†k↓.bk′↓)
(3.51)
= iλ.[
∑
kk′
∑
ηi
νijδ(k − k′).e−ik′.ηi .(a†k↑.ak′↑ − a†k↓.ak′↓ + b†k↑.bk′↑ − b†k↓.bk′↓)]
= iλ.[
∑
k
∑
ηi
νij .e
−ik.ηi .(a†k↑.ak↑ − a†k↓.ak↓ + b†k↑.bk↑ − b†k↓.bk↓)]
= λ[
∑
k
ξk.(a
†
k↑.ak↑ − a†k↓.ak↓ + b†k↑.bk↑ − b†k↓.bk↓)],
trong đó ξk = i
∑
ηi
νij .e
−ik.ηi được lấy tổng theo các vector lân cận gần nhất
thứ hai.
H =
∑
k
ψ†kH0(k)ψk (3.52)
=
(
a†k↑ b
†
k↑ a
†
k↓ b
†
k↓
)
H11 H12 H13 H14
H21 H22 H23 H24
H31 H32 H33 H34
H41 H42 H43 H44
ak↑
bk↑
ak↓
bk↓
= H11a
†
k↑ak↑ +H12a
†
k↑bk↑ +H13a
†
k↑ak↓ +H14a
†
k↑bk↓
+H21ak↑b
†
k↑ +H22b
†
k↑bk↑ +H23ak↓b
†
k↑ +H24b
†
k↑bk↓
122
+H31a
†
k↓ak↑ +H32a
†
k↓bk↑ +H33a
†
k↓ak↓ +H34a
†
k↓bk↓
+H41ak↑b
†
k↓ +H42b
†
k↓bk↑ +H43ak↓b
†
k↓ +H44b
†
k↓bk↓.
Ta tìm được
H0(k) =
λξk −tγk 0 0
−tγ∗k λξk 0 0
0 0 −λξk −tγk
0 0 −tγ∗k λξk
(3.53)
Chúng ta xét thêm số hạng mô tả thế ion có dạng
H4 = −∆
2
∑
iσ
ϵiC
†
iσCiσ (3.54)
= −∆
2
∑
i
ϵi
(
C†i↑ Ci↓
)Ci↑
Ci↓
= −∆
2
(
∑
i∈A
+
∑
i∈B
)ϵk(C
†
i↑Ci↑ + C
†
i↓Ci↓)
= −∆
2
∑
i∈A
ϵk(C
†
i↑Ci↑ + C
†
i↓Ci↓) +
∑
i∈B
ϵk(C
†
i↑Ci↑ + C
†
i↓Ci↓)
= −∆
2
∑
i
(a†i↑ai↑ + a
†
i↓ai↓ − b†i↑bi↑ − b†i↓bi↓).
Thực hiện phép biến đổi Fourier ta được
H4 = −∆
2
.
1
N
∑
i
(
∑
k
eik.Ri .a†k↑.
∑
k′
e−ik
′.Riak′↑ +
∑
k
eik.Ri .a†k↓.
∑
k′
e−ik
′.Riak′↓
(3.55)
−
∑
k
eik.Ri .b†k↑.
∑
k′
e−ik
′.Ribk′↑ −
∑
k
eik.Ri .b†k↓.
∑
k′
e−ik
′.Ribk′↓
= −∆
2
.
1
N
∑
i
∑
k,k′
ei(k−k
′).Ri .(a†k↑.ak′↑ + a
†
k↓.ak′↓ − b†k↑.bk′↑ − b†k↓.bk′↓)
= −∆
2
.
∑
k,k′
δ(k − k′).(a†k↑.ak′↑ + a†k↓.ak′↓ − b†k↑.bk′↑ − b†k↓.bk′↓)
= −∆
2
.
∑
k
(a†k↑.ak↑ + a
†
k↓.ak↓ − b†k↑.bk↑ − b†k↓.bk↓).
123
Do đó:
H0(k) =
λξk −∆/2 −tγk 0 0
−tγ∗k λξk −∆/2 0 0
0 0 −λξk +∆/2 −tγk
0 0 −tγ∗k −λξk +∆/2
. (3.56)
B. Phân tích Hamiltonian trao đổi trong mô hình trao đổi kép
Hamiltonian của mô hình có dạng
Hex = J
∑
i,ss′
Sic
†
isσss′cis′ . (3.57)
Spin tạp cổ điển có thể được biểu thị qua góc phương vị φi và góc cực θi
Sxi = S sinφi cos θi, S
x
i = S sinφi sin θi, S
z
i = S cos θi.
Tích vô hướng Si.σ có thể được viết lại dưới dạng ma trận vuông cấp
hai được xác định trong không gian spin của điện tử
Si.σ = S
x
i σ
x + Syi σ
y + Szi σ
z, (3.58)
trong đó các ma trận Pauli được xác định như sau
σx =
0 1
1 0
, σy =
0 −i
i 0
, σz =
1 0
0 −1
.
Chúng ta thu được
Si.σ = S
x
i
0 1
1 0
+ Syi
0 −i
i 0
+ Szi
1 0
0 −1
.
Si.σ = S
cos θi cosφi sin θi − i sinφi sin θi
cosφi sin θi + i sinφi sin θi −cosθi
=
Szi Sxi − iSyi
Sxi + iS
y
i −Szi
.
124
Trị riêng của ma trận trên thỏa mãn hệ thức
det
S cos θi − λ S cosφi sin θi − iS sinφi sin θi
S cosφi sin θi + iS sinφi sin θi −S cos θi − λ
= 0.
Giải phương trình trị riêng chúng ta thu được hai trị riêng: λ1,2 = ±S. Từ
đó, chúng ta thu được hai vector riêng ứng với hai trị riêng λ1,2 có dạng
e1 =
cos θi2
sin θi2 .e
iφi
và e2 =
− sin θi2 .e−iφi
cos θi2
.
Từ đó chúng ta có thể xây dựng ma trận
Ui =
cos θi2 − sin θi2 .e−iφi
sin θi2 .e
iφi cos θi2
. (3.59)
Chúng ta xác định ma trận U†i là ma trận liên hợp Hermit của ma trận
Ui(U
†
i Ui = I), trong đó I là ma trận đơn vị.
U†i =
cos θi2 sin θi2 .e−iφi
− sin θi2 .eiφi cos θi2
. (3.60)
Hamiltonian trao đổi kép có thể chéo hóa bằng cách cho các ma trận U†i và
Ui tác động bên trái và bên phải nó tương ứng.fi↑
fi↓
= U†i
ci↑
ci↓
=
cos θi2 sin θi2 .e−iφi
− sin θi2 .eiφi cos θi2
ci↑
ci↓
(3.61)
=
cos θi2 ci↑ + sin θi2 .e−iφici↓
− sin θi2 .eiφici↑ + cos θi2 ci↓
.
(
f†i↑ f
†
i↓
)
=
(
c†i↑ c
†
i↓
)
Ui =
(
c†i↑ c
†
i↓
) cos θi2 − sin θi2 .e−iφi
sin θi2 .e
iφi cos θi2
(3.62)
=
(
c†i↑ cos
θi
2 + c
†
i↓ sin
θi
2 .e
iφi −c†i↑ sin θi2 .e−iφi + c†i↓ cos θi2
)
.
Cuối cùng, chúng ta thu được số hạng Hamiltonian trao đổi Hex có dạng chéo
H0 = −JS
∑
i,σ
σf†iσfiσ, (3.63)
trong đó σ = ±1. Số hạng trao đổi spin là nguyên nhân gây ra từ hóa tự phát.
125