強磁場下石墨烯和拓撲絕緣體的晶格弛豫相關現象研究

《強磁場下石墨烯和拓撲絕緣體的晶格弛豫相關現象研究》是依託天津大學，由王子武擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：強磁場下石墨烯和拓撲絕緣體的晶格弛豫相關現象研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王子武
• 依託單位：天津大學

項目摘要

近年來發現的新型低維材料石墨烯和拓撲絕緣體，由於其奇特的物理特性有望在未來光電子器件中有重大套用而迅速成為研究的熱點。在強磁場作用下研究這些體系，是深刻認識其基本物性的一種重要方法。因此本課題擬針對這兩種新型材料，在考慮載流子與多支頻率聲子作用的基礎上，採用黃-里斯（Huang-Rhys）非輻射躍遷理論方法，深入研究強磁場下晶格弛豫效應對朗道能級間量子躍遷相關現象的影響。主要目標是通過對多聲子弛豫和俄歇過程中晶格弛豫效應的研究，得出載流子非輻射躍遷機制的弛豫時間與磁場強度、載流子濃度、溫度的依賴關係，為深入理解和有效控制非輻射過程奠定基礎。同時，對輻射躍遷過程由於晶格弛豫效應所導致的展寬機制和溫度依賴性也將重點研究，並對輻射和非輻射躍遷過程的相互競爭關係進行全面分析。在上述研究的基礎上，結合玻爾茲曼輸運理論，進一步研究晶格弛豫效應對載流子的霍爾遷移率、磁光導等基本輸運物理量的影響。

結題摘要

近年來發現的新型低維材料石墨烯和拓撲絕緣體，由於其奇特的物理特性有望在未來光電子器件中有重大套用而迅速成為研究的熱點。我們採用了晶格弛豫理論方法分別針對這兩種新型材料體系，在強磁場作用下系統研究了朗道能級間的輻射和無輻射躍遷過程。首先在量子點體系中通過考慮載流子與多支頻率聲子作用的基礎上，研究強磁場下晶格弛豫效應對朗道能級間單光學聲子及其與聲學聲子的組合雙聲子過程。得出了這些弛豫過程與外磁場、溫度的依賴關係。進一步結合自旋-軌道耦合機制討論了朗道能級間這些多聲子躍遷輔助的自旋守恆和自旋翻轉弛豫過程進行系統的研究，發現兩類過程的弛豫時間相差3個數量級。在考慮晶格弛豫效應的基礎上，我們提出了有效聲子頻率模型，具體研究了石墨烯朗道能級間的磁光躍遷過程和光譜展寬的溫度依賴性，建議了電注入的朗道能級雷射器模型。將此模型進一步套用到單層過渡金屬硫族化合物。在考慮載流子與襯底誘導的表面光學聲子耦合的基礎上，提出了石墨烯帶隙打開的光學極化子機制，為現有的實驗結果提供了很好的理論解釋。最後，針對磁場的下的拓撲絕緣體，我們給出了朗道能級間的磁光躍遷過程和雙聲學聲子的弛豫過程，討論了弛豫過程對載流子的遷移率、光導的影響。並對拓撲絕緣體中的極化子態問題進行了初步的分析。