低維彎曲量子體系的幾何作用勢及其物理效應

《低維彎曲量子體系的幾何作用勢及其物理效應》是依託西安交通大學，由張二虎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低維彎曲量子體系的幾何作用勢及其物理效應
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張二虎
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

低維彎曲量子體系具有豐富的幾何形貌和拓撲結構，將有可能對納電子器件提供新的物理特性和功能設計。理論和實驗都表明，低維體系的彎曲幾何屬性將對約束於其中運動的無自旋載流子施加一個幾何作用勢（電荷幾何勢）。本項目擬選擇ZnO彎曲納米帶、納米螺旋等典型低維彎曲量子體系為研究對象，從微觀原子角度揭示該電荷幾何勢的物理機理。進而引入載流子的自旋屬性，研究受限運動下體系的幾何拓撲屬性對載流子自旋行為的影響，得到運動載流子的自旋幾何勢，並對其物理機理給出微觀解釋。最後，項目還將對典型彎曲量子體系的電子性質及與幾何作用勢相關的物理效應進行研究，探討載流子運動中的自旋極化、自旋翻轉等物理過程及相應的幾何調控機制。

結題摘要

隨著半導體微結構生長製備技術的不斷發展和完善，越來越多具有豐富幾何特性和拓撲結構的新型低維納米結構陸續進入人們的視線，並引起人們的廣泛興趣，如納米管、半導體量子環、碳納米管環、納米螺旋帶、碳納米卷等等。這些新奇的彎曲材料和結構將有可能為納米電子器件提供新的物理特性或新的功能設計。 本項目採用解析推導和數值模擬等方法，理論研究了幾種典型彎曲納米結構中載流子的電子性質及其相關物理效應，分析了這些結構的彎曲屬性為電子行為的影響。基於ZnO納米螺旋，構建了螺旋量子線的幾何結構和物理模型，得到了包含電荷幾何勢和自旋軌道耦合的載流子有效哈密頓量，進而研究了其單電子的輸運行為；發現螺旋幾何參數可用於調控載流子的電荷輸運和自旋輸運，給出了自旋極化輸運的條件。基於狄拉克方程研究了類石墨烯體系的電子行為和流回響，探討了彎曲體系中電子的自旋軌道耦合，得到了自旋和曲率相互作用的有效哈密頓量；分析了載流子對（手征）規範場下的流回響，發現谷間散射可以破壞奇宇稱流的拓撲性質，從而實現谷極化電流，並給出了相應的動力學調控機制。研究了碳納米卷的電子性質及其幾何調控，探討了彎曲和鈍化對碳納米卷邊界態的影響，發現彎曲的增加可導致碳納米卷出現從金屬到半導體再到金屬的轉變，並給出了相關的轉變機制。研究了碳納米管環的電子結構及其在外場下的幾何相位效應，探討了其AB振盪行為；此外，本項目組還對ZnO納米島、磷烯納米結構和硼氮Schwarzite體系等的力學和電磁性質進行了研究。 這些研究對發展凝聚態理論具有重要的學術意義，也對這些新型彎曲納米結構在納電子器件中的套用具有指導意義。