مقاله پاسخ القایی آنتروپی محور عایق های توپولوژیکی

چکیده

3D topological insulators are characterized by an insulating bulk and extended surface states exhibiting a helical spin texture. In this work, we investigate the hyperfine interaction between the spin-charge coupled transport of electrons and the nuclear spins in these surface states. Previous work has predicted that in the quantum spin Hall insulator phase, work can be extracted from a bath of polarized nuclear spins as a resource. We employ nonequilibrium Green’s function analysis to show that a similar effect exists on the surface of a 3D topological insulator, albeit rescaled by the ratio between electronic mean free path and device length. The induced current due to thermal relaxation of polarized nuclear spins has an inductive nature. We emphasize the inductive response by rewriting the current-voltage relation in harmonic response as a lumped element model containing two parallel resistors and an inductor. In a low-frequency analysis, a universal inductance value emerges that is only dependent on the device’s aspect ratio. This scaling offers a means of miniaturizing inductive circuit elements. An efficiency estimate follows from comparing the spin-flip induced current to the Ohmic contribution. The inductive effect is most prominent in topological insulators which have a large number of spinful nuclei per coherent segment, of which the volume is given by the mean free path length, Fermi wavelength and penetration depth of the surface state.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

عایق های توپولوژیکی سه بعدی با یک فله عایق و کشورهای سطح گسترده ای که دارای یک بافت چرخش مارپیچ هستند ، مشخص می شوند.در این کار ، ما تعامل هیپررفین بین حمل و نقل همراه با شارژ الکترون و چرخش هسته ای در این حالتهای سطح را بررسی می کنیم.کار قبلی پیش بینی کرده است که در مرحله عایق سالن چرخش کوانتومی ، کار را می توان از حمام چرخش هسته ای قطبی به عنوان یک منبع استخراج کرد.ما از تجزیه و تحلیل عملکرد Green Noquilibrium استفاده می کنیم تا نشان دهد که اثر مشابهی بر روی سطح یک عایق توپولوژیکی سه بعدی وجود دارد ، البته با توجه به نسبت بین میانگین مسیر آزاد و طول دستگاه.جریان ناشی از آرامش حرارتی چرخش هسته ای قطبی دارای ماهیت استقرایی است.ما با بازنویسی رابطه ولتاژ جریان در پاسخ هارمونیک به عنوان یک مدل عنصر توده حاوی دو مقاومت موازی و یک سلف ، بر پاسخ استقرایی تأکید می کنیم.در یک تجزیه و تحلیل با فرکانس پایین ، یک مقدار القاء جهانی پدیدار می شود که فقط به نسبت ابعاد دستگاه وابسته است.این مقیاس بندی وسیله ای برای عناصر مدار القایی مینیاتوریزه است.برآورد کارایی از مقایسه جریان ناشی از چرخش-فلپ به سهم اهمی دنبال می شود.اثر القایی برجسته ترین در عایق های توپولوژیکی است که تعداد زیادی هسته اسپین در هر بخش منسجم دارند ، که حجم آن با میانگین طول مسیر آزاد ، طول موج فرمی و عمق نفوذ حالت سطح داده می شود.