《二維材料中局域自旋間接耦合的全電調控的理論研究》是依託北京化工大學，由張書輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：二維材料中局域自旋間接耦合的全電調控的理論研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張書輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二維材料因為其諸多的優越性能而具有廣泛的套用前景，其中一個重要的前沿領域是利用二維材料中的局域自旋（或磁矩）實現自旋方面的套用。實現局域自旋間的長程耦合及其調控，是此類研究的關鍵。由巡遊電子調製的RKKY相互作用為這種耦合提供了物理基礎，因此，RKKY相互作用的調控對於上述套用十分重要。我們利用二維材料中巡遊電子傳播與超材料中光傳播的相似性，提出對巡遊電子態的類光調控概念，進而考察對由此引發的局域自旋間的RKKY相互作用的全電學可控性。本項目將基於實空間的格林函式理論體系，通過解析推導為二維材料中巡遊電子態傳播和由其調製的RKKY相互作用提供直觀圖像以便於理解其中的物理起源，通過數值編程實現準確、高效的大數量計算以利於考察RKKY相互作用對各類參量的依賴特性。我們希望本項目為二維材料中RKKY相互作用的全電學調控提供一定的理論依據，切實推動這類體系在自旋相關領域的實驗和套用研究。
結題摘要
在該項目執行期間，我們對二維材料中狄拉克費米子的新奇電子光學特性和由其調控的局域自旋的間接耦合進行了系統的理論研究。為此，我們發展了新的格林函式方法，並預言了新的電子光學現象以及利用它們實現對自旋耦合的有效調控。總計發表由本項目資助且有標註的SCI期刊論文9篇，其中包括2D materials 1篇，Phys. Rev. B 7篇，Journal of Applied Physics. 1篇。 一、傳統的疊代方法是計算格林函式的標準方法，但是其缺乏明確的物理意義並受限於相當小的體系。本項目中，我們對成層體系發展了一套數值有效且物理意義明顯的格林函式計算方法。不同於傳統方法中通過戴森方程直接計算格林函式，我們的方法將格林函式的計算轉化為由局域擾動發射的散射波函式的產生和傳播。 二, 1、我們預測半導體P-N結中一個魯棒的量子相干現象：當結的一側存在一個局域的泵浦源時，另一邊局域探測的回響表現的好像擾動不是源自於泵浦而是它關於結界面的鏡像。此現象源於組成材料的費米面的匹配，因此魯棒於結的細節（如結的寬度，勢形，甚至是無序）。2、通過將各向異性的無質量狄拉克費米子的哈密頓量投影為各向同性的無質量狄拉克費米子的哈密頓量，並推導對應傳播子的準確解析表達，不需要電子源和聚焦點鏡像對稱的精確Veselago聚焦被證明存在。此研究提供了一個革新的概念去實現Veselago聚焦並緊密相關於它的套用，為基於各向異性的無質量狄拉克費米子的電子光學的器件設計開闢了道路。3、我們解析研究各向異性並傾斜的無質量狄拉克費米子通過8-Pmmn的硼烯P-N結的輸運特性。類似於各向同性狄拉克費米子通過石墨烯結，完全透射存在但是其方向因各向異性和傾斜而偏離硼烯P-N結的法向，即斜的Klein隧穿。 三、我們揭示了一種新奇的方式去調製RKKY相互作用：Veselago聚焦可以被用於重新聚焦由一個自旋發射的無質量狄拉克費米子到另一個自旋上。我們的結果展現出豐富的空間相干圖樣和對稱保護、非振盪和強烈增強的RKKY相互作用。此研究為設計石墨烯中長程的自旋-自旋相互作用提供了一種新方式。
