《拓撲絕緣體中的量子雜質態及雜質輸運特性研究》是依託電子科技大學,由呂海峰擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：拓撲絕緣體中的量子雜質態及雜質輸運特性研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：呂海峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拓撲絕緣體是最近發現的一種新的量子物態，是目前備受關注的前沿研究領域，在室溫自旋電子學和拓撲量子計算等方面都有重要的套用前景。拓撲絕緣體的體態具有絕緣的性質，而其邊界態或表面態則是受時間反演對稱性保護的金屬態。由於體記憶體在大量缺陷，目前實驗上面臨的一個難題是製備的拓撲絕緣體材料具有很高的體電導性。本課題的核心是研究低溫下體態的量子雜質對拓撲絕緣體材料體態和表面態電子性質的影響，以及由此反映的輸運性質。研究體內單雜質所引起的近藤效應和禁帶內雜質束縛態形成；研究有限摻雜誘導的絕緣體到金屬相變和拓撲量子相變；同時討論有限摻雜情況下邊界態間的臨界逾滲行為。此外，最近的實驗在摻有磁性雜質的拓撲絕緣體薄膜中觀測到量子反常霍爾效應，本課題擬研究這一體系中的缺陷態和量子雜質態。通過研究，希望能幫助理解拓撲絕緣體高電導態的形成原因，探索製備高品質樣品的方法和原理，為新型量子器件的設計和套用提供物理模型。
結題摘要
拓撲材料和拓撲量子器件的研究與探索是近年來凝聚態物理和半導體物理最熱門的研究方向之一。拓撲量子材料和器件中的量子雜質態及其相關的量子輸運特性，對研究拓撲材料的能帶性質和調控具有非常重要的物理意義和套用前景。研究量子雜質態和拓撲量子器件的輸運特性，已成為納米電子學領域的一個重要研究方向。本項目主要研究了低溫下體態的量子雜質對拓撲絕緣體材料體態和表面態電子性質的影響，以及由此反映的輸運性質。通過研究，希望能幫助理解拓撲絕緣體高電導態的形成原因，探索製備高品質樣品的方法和原理，為新型量子器件的設計和套用提供物理模型。在本課題的資助下，我們研究了Majorana量子點的異質結構來得到電學可調節的非局域電流交叉關聯；推廣研究了相互作用Majorana費米子調製的雙量子點體系中的電流交叉關聯性質；考慮高斯漲落，研究了二維費米子氣體在BCS-BEC過渡區的基態性質；提出了利用散粒噪聲來測量Majorana束縛態的弛豫時間和能量劈裂的大小，研究了量子點和Majorana束縛態耦合體系的輸運性質；提出利用一對Majorana邊界態在兩個空間上分離的單電子自旋比特中產生非局域糾纏；計算一系列二維過渡金屬化合物的能帶性質，發現TiCl和VCl納米帶無需任何修剪和改性就可以顯示出半金屬特性；此外，我們研究了nodal loop半金屬和多重外爾半金屬中的量子雜質態特性。2015年初至今共發表標註基金資助的學術論文11篇，全部被SCI收錄並且發表在國外重要物理學雜誌上[Physical Review A (1篇), Physical Review B (2篇), Scientific Reports (1篇), Beilstein Journal of Nanotechnology (1篇), Journal of Physics: Condens. Matter (1篇), Journal of Applied Physics(1篇)]。這些論文發表至今被引用近100次。另有一篇Physical Review B已修回，一篇Physical Review Letters正在審稿。此外，在本項目的支持下，項目負責人與博士後合作開展了雷射與介觀納米結構的微納光學實驗研究，並在二維材料缺陷態的光學效應上展開了相關研究。
