拓撲絕緣體異質結中界面電子結構調控的研究

《拓撲絕緣體異質結中界面電子結構調控的研究》是依託深圳大學，由田曉慶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲絕緣體異質結中界面電子結構調控的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：田曉慶
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

拓撲絕緣體是製備新一代低功耗納米電子和自旋電子器件的重要材料之一。在拓撲絕緣體器件的套用中，將不可避免地與其他材料形成異質結，但其異質結的電子結構及物性尚未被完全揭示，這將限制對拓撲絕緣體器件的設計、製備及套用。針對上述問題，本項目用第一性原理計算方法研究拓撲絕緣體（硒化鉍、碲化鉍、碲化銻）與三種電子功能材料異質結的電子結構及物性。首先研究拓撲絕緣體/石墨烯異質結，計算外加電場、鹼金屬、磁性雜質及晶格缺陷對這兩種材料的狄拉克費米子的影響和調控；其次研究拓撲絕緣體/金屬電極異質結，計算電接觸勢壘，界面拓撲態的有效質量, 遷移率，為拓撲絕緣體尋找合適的歐姆電極；最後研究拓撲絕緣體/磁性材料異質結，探索鐵磁及反鐵磁材料對拓撲絕緣體拓撲態的能量-動量色散關係及自旋分辨特性的調控。本項目的研究結果將加深我們對拓撲絕緣體物理特性的認識，為拓撲絕緣體在電子學及自旋電子學領域的套用提供理論依據和參考方法。

結題摘要

本項目研究了拓撲絕緣體、石墨烯、黑磷、過渡金屬二硫屬化物這四類前沿二維電子材料及其異質結的物理性質。研究的具體內容包括界面電子結構、電學、磁學、光學性質。主要研究方法是第一性原理計算、緊束縛模型計算，及與相關領域實驗研究人員的合作研究。在石墨烯/幾類拓撲絕緣體異質結髮現了通過外加電場、分子吸附、氮化硼插層等調控狄拉克費米子的有效途徑，並且可以調控自旋軌道耦合作用。在黑磷-硒化鎢異質結髮現了可以調控的線性色散的狄拉克電子態，並且發現了新穎的磁學性質，異質結具有較強的磁晶各向異性能，可以達到28.2 meV，在磁存儲領域具有較大的套用潛力。石墨烯-黑磷平面內異質的結界面電子結構可以被量子尺寸效應及電場調控。在強電場下，可以在界面處開發出狄拉克-費米子，狄拉克費米子的費米速度可以達到10^5m/s。研究了磁性原子在過渡態金屬二硫屬化物納米帶的摻雜的熱力學行為和磁學性質，解釋了相關實驗的具體表徵結果。研究了化學吸附的有機物分子對石墨烯的電學和磁學性質調控，單個有機物分子甚至可以在石墨烯中注入3.5個玻爾磁子。研究了從碳納米線，到碳納米環、六角蜂窩狀的碳納米糰簇的熱力學和動力學的生長機制，揭示了了二維石墨烯的生長原理。