《拓撲絕緣體表面態電子輸運與自旋極化性質研究》是依託湖北大學，由周斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：拓撲絕緣體表面態電子輸運與自旋極化性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周斌
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拓撲絕緣體表面態具有新奇的物理性質，其在自旋電子學和量子計算等領域中有著潛在的套用價值，也是目前凝聚態物理研究領域中倍受關注的熱點方向。本項目將關注拓撲絕緣體材料中表面態電子輸運及自旋極化的相關理論問題，重點研究弱反局域化行為、反常霍爾效應、光致霍爾電流效應和電流誘導自旋極化效應及其相關的拓撲量子相變性質。利用格林函式方法探討雜質散射效應對拓撲絕緣體表面態電子輸運性質的影響。通過研究探索拓撲絕緣體表面態電子輸運行為與拓撲絕緣體所特有的拓撲性質之間的聯繫，深入了解拓撲絕緣體中電子輸運的物理規律與性質，完善利用電學方法調控拓撲絕緣體電子自旋的理論，為新一代拓撲絕緣體器件提供理論設計基礎。
結題摘要
拓撲絕緣體中新奇的物理性質及其表面態電子輸運是目前凝聚態物理研究領域中在實驗與理論兩方面都倍受關注的熱點方向。由於拓撲絕緣體所特有的拓撲性質，對拓撲絕緣體輸運性質的研究一方面可以促進凝聚態物理基礎理論的發展，另一方面在自旋電子學和量子計算等領域中也有著潛在的套用價值。本項目研究拓撲絕緣體中電子輸運的相關理論問題，建立拓撲絕緣體電子量子輸運行為與材料本身所特有的拓撲性質之間的聯繫，進一步發展拓撲量子相變理論，為新一代拓撲絕緣體器件設計提供一定的理論基礎。本項目取得以下研究成果: （1）我們研究了二維拓撲絕緣體HgTe量子阱中量子自旋霍爾效應的有限尺寸效應。討論了體反演不對稱性和結構反演不對稱性誘導的自旋軌道耦合以及不同邊界條件對HgTe量子阱中量子自旋霍爾效應的邊界態有限尺寸效應的影響。發現了由於有限尺寸效應打開的邊界態能譜中能隙將隨著HgTe量子阱條狀樣品寬度的變化表現出一種指數振盪衰減的行為，而且研究還發現當存在拓撲絕緣體與普通絕緣體的界面時，這種指數振盪衰減模式可以通過普通絕緣體的寬度調節。我們還提出了一種基於能帶反轉的HgTe量子阱邊界態有限尺寸效應實現量子自旋霍爾場效應管的設計方案。（2）我們研究了HgMnTe量子阱中自旋軌道耦合誘導的拓撲相變。在交換場和自旋軌道耦合的共同作用下，通過數值計算自旋陳數，我們畫出了在不同參數下的拓撲相圖。（3）我們研究了Lieb晶格模型的量子自旋霍爾效應的性質。我們討論了對於一個條狀Lieb樣品在直邊界，鬍鬚型和不對稱邊界下的本徵自旋軌道耦合效應導致的螺旋邊界態的有限尺寸效應。（4）我們研究了準一維二聚化p波超導體的拓撲相變性質。研究給出了準一維Kitaev鏈在不同拓撲類下的相圖，研究表明調製二聚化係數的大小會影響準一維Kitaev鏈的拓撲性質。（5）我們研究具有Rashba自旋軌道耦合的Lieb晶格拓撲相變性質。基於自旋陳數的計算，我們給出了拓撲相圖。（6）我們研究了{Cu3}單分子磁體中三角自旋環和自旋1/2的伊辛-海森堡菱形鏈的熱糾纏性質。研究成果為在量子計算和量子信息領域中有效利用這些材料的自旋量子比特提供了一定的理論基礎。本項目研究成果公開發表學術論文12篇，其中SCI收錄論文11篇。
