低維體系拓撲態設計與輸運特性研究

《低維體系拓撲態設計與輸運特性研究》是依託蘇州大學，由江華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低維體系拓撲態設計與輸運特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：江華
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

最近,拓撲態因其具有的新奇的物理性質引起了廣泛興趣。基於我們的工作基礎以及和實驗組穩定的合作關係，本項目擬研究低維體系中的拓撲態。項目分為兩部分，在第一部分,針對HgTe/CdTe量子阱是唯一被實驗證實的二維拓撲絕緣體這一不利研究現狀，我們擬研究利用新材料、新原理和新技術在低維體系設計可觀測的拓撲態。具體包括：(1) 在InAs/GaSb量子阱體系利用矽摻雜的方法實現拓撲安德森絕緣態；(2) 在周期性外場體系，通過調控頻率實現新奇的拓撲態；(3) 在量子谷霍爾效應和拓撲扭結效應等弱拓撲態體系，利用多自由度耦合的方式實現皮實的拓撲態。在第二部分，針對對稱性保護的拓撲態體系對稱性破缺不可避免這一事實，我們擬通過研究拓撲晶體絕緣體中的雜質效應和拓撲絕緣體表面態中的退相干效應，探討對稱性破缺效應對這些體系輸運性質和其它射殼寒可觀測性質的影響。項目預期能在拓撲態研究領域取得一些有特色的原創性成果。

結題摘要

拓撲態因為它們的非平庸物理特性和在低能耗電子學器件上的潛在套用價值成為凝聚態物理研究的熱點。本項目以低維體系中拓撲態為研究對象，利用理論建模、第一性原理計算、輸運數值計算等方法在新拓撲態設計和拓撲態輸運性質兩個方面開展工作。研究內容包括（1）拓撲絕緣體中的無序效應及其輸運性質; (2) 三維拓撲絕緣體表面態中的退相干效應和輸運性質;(3) 低維材料中多自由度耦合下的拓撲效應；(4) 拓撲半金屬輸運性質。 通過項目研究，我們取得以下成果： （1）預言或證實了幾種新拓撲態（例如尺寸效應導致的新型Z2=0拓撲絕緣體、Sb異質結構歸精束中的量子自旋-量子反常霍爾效應、雙層石墨烯體系線擊贈缺陷導致的拓撲界面態）、理解了它們的拓撲物性並得到了它們的輸運性質；發現了幾種拓撲態導致的新奇輸灑鞏拜說運現象（例如朵慨凳盛外爾半金屬體系類光學輸運、石墨烯體系拓撲態引起的谷極化輸運和自旋極化輸運、拓撲半金屬體系高遷移率等）並由此設計了新的拓撲電子學原型器件；深入系統地理解了無序和退相干對拓撲態輸運性質的影響（例如外爾半金屬體系無棕舟遙序導致的金屬絕緣體相變、拓撲絕緣體表面態退相干和無序聯合作用導致的背散射等）；（2）基於這些研究，在物理學期刊發表SCI論文26篇。包括物理學頂級期刊Phys. Rev. Lett. 5篇、Nature Commun 1篇；物理學重要期刊Phys. Rev. B 15 篇、New Journ of Phys 2篇；邀請綜述2篇；（3）直接培養研究生4人、其中3人已訂戲盼獲得碩士學位； 協助培養研究生5人，其中3人已獲得博士學位，1人獲得碩士學位。總而言之：我們通過本項研究，解決了領域內一些重要基礎性問題，並培養了一些後備人才，有效地推動了拓撲態理論研究領域的發展。