外場協作調控下低維結構中的量子輸運

《外場協作調控下低維結構中的量子輸運》是依託南京大學，由金國鈞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外場協作調控下低維結構中的量子輸運
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金國鈞
• 依託單位：南京大學

項目摘要

低維量子結構表現出許多不同於常規固體材料的物理特性，為設計有特殊功能的量子器件提供了廣闊的前景。針對低維量子結構中電子的相干性與關聯性質的理論研究，對實驗工作和實際套用都具有重要的指導意義。本項目擬研究單層石墨、雙層石墨、拓撲絕緣體和其它材料及其由它們構成的量子環和量子點複合結構中電子的相干性和關聯性質的微觀機制；揭示低維異質結構在量子限制效應、磁性、外場及溫度等因素的共同作用下，其電子行為所表現出來的新奇的巨觀性質；探索磁性關聯、自旋軌道耦合、電子-電子、電子-聲子及電子-光子相互作用對電子的電荷輸運和自旋輸運的重要影響。特別值得關注的是，我們希望進一步弄清楚如何通過改變材料的成分比、幾何構造、外加直流或交流的電場和磁場，來協作調控低維量子結構中的電子組態，從而有效地控制電子的電荷和自旋，為設計有實際套用價值的納米量子器件提供理論依據。

結題摘要

低維量子結構表現出許多不同於常規固體材料的物理特性，為設計具有特殊功能的量子器件提供了廣闊的套用前景。針對低維量子結構中電子的相干性和關聯性的理論研究，對實驗工作和器件設計都具有重要的指導意義。本項目研究計畫的主要目標就在於，探討在外場協作調控下低維結構中與相位效應和電子關聯相聯繫的量子輸運。在過去的三年時間裡，本項目由於得到國家自然科學基金的支持，和課題組全體成員的不懈努力，取得了有意義的進展和豐富的成果。我們的研究工作是從微觀理論出發，來考察由碳單層、碳雙層、低維拓撲絕緣體和普通半導體及其它材料組成的微結構，受到組分、結構、外場等各種因素的影響和調控時，所表現出來的新奇的輸運性質，為實際設計小型的電子電晶體、自旋閥和熱二極體等納米量子器件提供理論上的依據。在開展本項目的研究期間，通過建立合理的模型、求解定態問題或含時運動方程，以及進行理論分析，對納米和亞微米粒子系統的靜態和動力學行為進行了細緻的研究；闡明了量子多粒子行為在當前熱門的二維蜂巢晶格材料及拓撲絕緣體材料中的電荷輸運、自旋輸運、熱輸運和磁性質等方面的表現，解釋了有關的實驗現象；研究了半導體量子點和環、磁性多層膜構成的自旋閥、金屬薄膜中的等離激元，分析和預言了可能的物理效應；對量子微結構中的激子凝聚和 Josephson 效應進行了詳細深入的研究，發現許多獨特的物理現象，擴展了人們對這一方向的理解；還額外地完成了一部具有獨創性的科學著作，將對推動我國凝聚態物理學科的發展發揮積極的作用。在項目的執行過程中，已在國際著名物理學雜誌上發表一系列研究論文；在國內出版《凝聚態物理學》上下卷；課題組的研究生得到良好的培養。可以認為，本項目研究計畫的預期目標已得到圓滿和超額完成。