[论文解读] Coexistence of Localized and Extended States in Disordered Systems

Yi-Xin Xiao, Zhao-Qing Zhang+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2016

Quantum and electron transport phenomena参考文献 27被引用 9

一句话总结

本文通过工程化部分无序，提出了一种在无序准一维和准二维系统中实现局域态与扩展态共存的机制：一个扩展态带在无序中保持鲁棒，而其他能带中的态则局域化。扩展态与局域态在能量和空间上重叠，证明了单一系统中存在共存现象，该结论在多链和多层模型中得到验证。

ABSTRACT

It is commonly believed that Anderson localized states and extended states do not coexist at the same energy. Here we propose a simple mechanism to achieve the coexistence of localized and extended states in a band in a class of disordered quasi-1D and quasi-2D systems. The systems are partially disordered in a way that a band of extended states always exists, not affected by the randomness, whereas the states in all other bands become localized. The extended states can overlap with the localized states both in energy and in space, achieving the aforementioned coexistence. We demonstrate such coexistence in disordered multi-chain and multi-layer systems.

研究动机与目标

• 挑战传统观点，即局域态与扩展态在无序系统中无法在相同能量下共存。
• 开发一种机制，实现在单一能带结构中局域态与扩展态的共存。
• 证明当无序在空间上被限制在特定区域时，扩展态可在无序系统中保持鲁棒。
• 探索多链和多层系统中局域态与扩展态在空间和能量上的重叠程度。

提出的方法

• 作者设计了一类具有部分无序的无序准一维和准二维系统，其中仅特定链或层具有无序性。
• 他们使用紧束缚模型模拟具有受控无序的多链和多层结构中的电子态。
• 通过逆参与比率（IPR）分析局域化特性，以区分局域态（高IPR）与扩展态（低IPR）。
• 计算能带以识别在无序下仍保持稳定的扩展态带。
• 通过检查能量和实空间中波函数密度分布，确认了扩展态与局域态在空间上的重叠。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无序系统中，扩展态是否能与局域态在相同能量范围内共存？
• RQ2 何种结构或无序工程条件可使扩展态带在无序环境中存活？
• RQ3 无序的空间局域化如何影响扩展态的存在与稳定性？
• RQ4 扩展态与局域态在能量和实空间中的重叠程度有多大？

主要发现

• 即使其他能带发生局域化，扩展态带仍能在无序多链和多层系统中持续存在。
• 由于无序区域在空间上的特定排列，扩展态对无序具有鲁棒性，保持非局域化。
• 通过波函数分析和IPR计算确认，局域态与扩展态在能量和实空间中均共存。
• 共存现象无需依赖特殊对称性或拓扑保护，仅依赖于工程化无序即可实现。