2025年大學(xué)建筑超構(gòu)量子自旋霍爾效應(yīng)期末試卷考試時(shí)間：120分鐘?總分：150分?年級(jí)/班級(jí)：2023級(jí)物理與量子信息工程

2025年大學(xué)建筑超構(gòu)量子自旋霍爾效應(yīng)期末試卷

一、選擇題

1.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種特性？

A.電磁波透射率高

B.電磁波反射率高

C.電磁波吸收率高

D.電磁波傳播速度慢

2.量子自旋霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是誰(shuí)？

A.費(fèi)曼

B.愛(ài)因斯坦

C.崔琦

D.足立豐

3.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出哪種現(xiàn)象？

A.能帶簡(jiǎn)并

B.能帶分裂

C.能帶消失

D.能帶展寬

4.超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是？

A.光通信

B.微波通信

C.紫外通信

D.毫米波通信

5.量子自旋霍爾效應(yīng)中的邊緣態(tài)具有哪種特性？

A.能量離散

B.能量連續(xù)

C.自旋無(wú)解

D.自旋自由

6.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間有何關(guān)系？

A.互不干擾

B.互相耦合

C.互相排斥

D.互相獨(dú)立

7.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種尺寸？

A.微米級(jí)

B.納米級(jí)

C.毫米級(jí)

D.厘米級(jí)

8.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是？

A.石墨烯

B.二維材料

C.傳統(tǒng)半導(dǎo)體

D.超導(dǎo)體

9.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出哪種邊界條件？

A.透射條件

B.反射條件

C.吸收條件

D.玻爾茲曼條件

10.超構(gòu)材料在量子計(jì)算中的主要應(yīng)用是？

A.量子比特

B.量子門

C.量子連接

D.量子編碼

11.量子自旋霍爾效應(yīng)中的自旋霍爾角是多少？

A.0°

B.45°

C.90°

D.180°

12.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種對(duì)稱性？

A.旋轉(zhuǎn)對(duì)稱

B.反演對(duì)稱

C.平移對(duì)稱

D.旋轉(zhuǎn)變換

13.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間有何能量特征？

A.能量相同

B.能量不同

C.能量重疊

D.能量分離

14.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是？

A.光譜法

B.聲譜法

C.電學(xué)法

D.磁學(xué)法

15.超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是？

A.磁場(chǎng)傳感器

B.溫度傳感器

C.壓力傳感器

D.光纖傳感器

二、填空題

1.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有________尺寸，遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)。

2.量子自旋霍爾效應(yīng)中的自旋霍爾角是________。

3.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出________邊界條件。

4.超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是________。

5.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是________。

6.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間有何能量特征？________。

7.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種對(duì)稱性？________。

8.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是________。

9.超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是________。

10.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出哪種現(xiàn)象？________。

三、多選題

1.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種特性？

A.電磁波透射率高

B.電磁波反射率高

C.電磁波吸收率高

D.電磁波傳播速度慢

2.量子自旋霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是誰(shuí)？

A.費(fèi)曼

B.愛(ài)因斯坦

C.崔琦

D.足立豐

3.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出哪種現(xiàn)象？

A.能帶簡(jiǎn)并

B.能帶分裂

C.能帶消失

D.能帶展寬

4.超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是？

A.光通信

B.微波通信

C.紫外通信

D.毫米波通信

5.量子自旋霍爾效應(yīng)中的邊緣態(tài)具有哪種特性？

A.能量離散

B.能量連續(xù)

C.自旋無(wú)解

D.自旋自由

6.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間有何關(guān)系？

A.互不干擾

B.互相耦合

C.互相排斥

D.互相獨(dú)立

7.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有以下哪種尺寸？

A.微米級(jí)

B.納米級(jí)

C.毫米級(jí)

D.厘米級(jí)

8.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是？

A.石墨烯

B.二維材料

C.傳統(tǒng)半導(dǎo)體

D.超導(dǎo)體

9.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出哪種邊界條件？

A.透射條件

B.反射條件

C.吸收條件

D.玻爾茲曼條件

10.超構(gòu)材料在量子計(jì)算中的主要應(yīng)用是？

A.量子比特

B.量子門

C.量子連接

D.量子編碼

四、判斷題

1.超構(gòu)材料的特性主要來(lái)源于其基本單元結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸。

2.量子自旋霍爾效應(yīng)是一種拓?fù)浣^緣體現(xiàn)象。

3.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出全透射現(xiàn)象。

4.超構(gòu)材料在光學(xué)頻段的主要應(yīng)用是光通信。

5.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是電學(xué)法。

6.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間能量相同。

7.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

8.量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是傳統(tǒng)半導(dǎo)體。

9.超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是光纖傳感器。

10.超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出能帶分裂現(xiàn)象。

五、問(wèn)答題

1.簡(jiǎn)述超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)及其特性。

2.解釋量子自旋霍爾效應(yīng)的物理機(jī)制及其意義。

3.闡述超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間的關(guān)系及其應(yīng)用前景。

試卷答案

一、選擇題答案及解析

1.B超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有電磁波反射率高的特性，通過(guò)設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確調(diào)控。

2.C量子自旋霍爾效應(yīng)是由崔琦等人發(fā)現(xiàn)的，他們?cè)诙S材料中發(fā)現(xiàn)了這種獨(dú)特的量子現(xiàn)象。

3.B超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出能帶分裂現(xiàn)象，形成清晰的邊緣態(tài)能帶。

4.B超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是微波通信，利用其特性實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的調(diào)控。

5.A量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是石墨烯，因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)適合展示量子自旋霍爾效應(yīng)。

6.B超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間互相耦合，形成獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)。

7.B超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有納米級(jí)尺寸，遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度上的電磁波調(diào)控。

8.B量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是二維材料，因其獨(dú)特的量子特性適合展示量子自旋霍爾效應(yīng)。

9.B超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出反射條件，形成清晰的邊緣態(tài)。

10.C超構(gòu)材料在量子計(jì)算中的主要應(yīng)用是量子連接，利用其特性實(shí)現(xiàn)量子比特之間的連接。

11.C量子自旋霍爾效應(yīng)中的自旋霍爾角是90°，表示自旋電流與電荷電流之間的夾角。

12.C超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有平移對(duì)稱性，通過(guò)周期性排列實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的調(diào)控。

13.B超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間能量不同，形成獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)。

14.C量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是電學(xué)法，通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)率來(lái)驗(yàn)證效應(yīng)。

15.A超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是磁場(chǎng)傳感器，利用其特性實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的精確測(cè)量。

二、填空題答案及解析

1.納米超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有納米級(jí)尺寸，遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度上的電磁波調(diào)控。

2.90°量子自旋霍爾效應(yīng)中的自旋霍爾角是90°，表示自旋電流與電荷電流之間的夾角。

3.反射超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出反射條件，形成清晰的邊緣態(tài)。

4.微波通信超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是微波通信，利用其特性實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的調(diào)控。

5.石墨烯量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是石墨烯，因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)適合展示量子自旋霍爾效應(yīng)。

6.能量不同超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間能量不同，形成獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)。

7.平移超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有平移對(duì)稱性，通過(guò)周期性排列實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的調(diào)控。

8.電學(xué)法量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是電學(xué)法，通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)率來(lái)驗(yàn)證效應(yīng)。

9.磁場(chǎng)傳感器超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是磁場(chǎng)傳感器，利用其特性實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的精確測(cè)量。

10.能帶分裂超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出能帶分裂現(xiàn)象，形成清晰的邊緣態(tài)能帶。

三、多選題答案及解析

1.B,D超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有電磁波反射率高和傳播速度慢的特性，通過(guò)設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確調(diào)控。

2.C,D量子自旋霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是崔琦和足立豐，他們?cè)诙S材料中發(fā)現(xiàn)了這種獨(dú)特的量子現(xiàn)象。

3.B,D超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出能帶分裂和能帶展寬現(xiàn)象，形成獨(dú)特的邊緣態(tài)能帶。

4.B,D超構(gòu)材料在微波頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域是微波通信和毫米波通信，利用其特性實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的調(diào)控。

5.A,D量子自旋霍爾效應(yīng)中的邊緣態(tài)具有能量離散和自旋自由特性，形成獨(dú)特的量子態(tài)。

6.B,D超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間互相耦合和互相獨(dú)立，形成獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)。

7.B,C超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有納米級(jí)和毫米級(jí)尺寸，遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度上的電磁波調(diào)控。

8.A,B,C量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是石墨烯、二維材料和傳統(tǒng)半導(dǎo)體，因其獨(dú)特的量子特性適合展示量子自旋霍爾效應(yīng)。

9.A,B,C超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出透射條件、反射條件和吸收條件，形成獨(dú)特的邊緣態(tài)。

10.B,C,D超構(gòu)材料在量子計(jì)算中的主要應(yīng)用是量子門、量子連接和量子編碼，利用其特性實(shí)現(xiàn)量子信息的處理和傳輸。

四、判斷題答案及解析

1.正確超構(gòu)材料的特性主要來(lái)源于其基本單元結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，通過(guò)設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確調(diào)控。

2.正確量子自旋霍爾效應(yīng)是一種拓?fù)浣^緣體現(xiàn)象，具有獨(dú)特的邊緣態(tài)和自旋霍爾角特性。

3.錯(cuò)誤超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出反射現(xiàn)象，形成清晰的邊緣態(tài)，而非全透射。

4.錯(cuò)誤超構(gòu)材料在光學(xué)頻段的主要應(yīng)用是光通信，而非微波通信。

5.正確量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的探測(cè)方法是電學(xué)法，通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)率來(lái)驗(yàn)證效應(yīng)。

6.錯(cuò)誤超構(gòu)量子霍爾態(tài)的體態(tài)與邊緣態(tài)之間能量不同，形成獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)。

7.錯(cuò)誤超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有平移對(duì)稱性，而非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

8.錯(cuò)誤量子自旋霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，常用的材料是石墨烯和二維材料，而非傳統(tǒng)半導(dǎo)體。

9.錯(cuò)誤超構(gòu)材料在量子傳感中的主要應(yīng)用是磁場(chǎng)傳感器，而非光纖傳感器。

10.正確超構(gòu)量子霍爾態(tài)的邊界處會(huì)表現(xiàn)出能帶分裂現(xiàn)象，形成清晰的邊緣態(tài)能帶。

五、問(wèn)答題答案及解析

1.超構(gòu)材料的基本單元結(jié)構(gòu)通常具有納米級(jí)尺寸，通過(guò)設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確調(diào)控。這些單元結(jié)構(gòu)通常具有亞波長(zhǎng)尺寸，遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，因此能夠突破傳統(tǒng)電磁理論的限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的任意調(diào)控。

2.量子自旋霍爾效應(yīng)是一種拓?fù)浣^緣體現(xiàn)象