《拓撲絕緣體電子結構磁性調控的第一性原理研究》是依託上海交通大學，由羅衛東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：拓撲絕緣體電子結構磁性調控的第一性原理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅衛東
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拓撲絕緣體（TI）是新的量子物質，有很多新奇的物理性質，是當前凝聚態物理研究的熱點。通過磁性破壞時間反演對稱性，就有可能在TI的原狄拉克點打開帶隙，進而可能實現量子反常霍爾效應、拓撲磁電效應等新奇量子現象，因此TI電子態的磁性調控具有重要意義。常見的磁性原子摻雜方法受到低摻雜濃度和空間無序分布的制約，其打開的帶隙往往很小且空間分布不均，因此調控效果並不理想。本項目使用兩種不同方案對TI的電子結構進行磁性調控：TI/磁性絕緣體異質結及天然超晶格磁性TI。運用第一性原理計算方法，本項目將研究TI/磁性絕緣體異質結以及天然超晶格磁性TI,在幾個關鍵科學問題上取得進展:計算界面及天然超晶格磁性TI的結構穩定性；獲得界面的磁交換耦合強度；研究磁各向異性與界面結構和化學組分的關係；最終理解原子結構、磁交換耦合、磁各向異性、電子結構的內在聯繫，預測具有量子反常霍爾效應和拓撲磁電效應的新體系。
結題摘要
本課題圍繞拓撲表面電子態與磁性的耦合，研究對其表面電子態進行磁調控。主要在以下幾個方面取得了進展：拓撲絕緣體/磁性絕緣體異質結、大帶隙二維拓撲絕緣體、及兩種FeSe結構的磁性。 在拓撲絕緣體/磁性絕緣體異質結方面，我們研究了Bi2Se3/MnSe及相關的其它異質結。發現用As或P替換界面的Se原子可以補償原來界面的多餘電荷，使得原來的能帶彎曲得到了矯正，從而得到具有完全帶隙的拓撲界面態。界面處磁性絕緣體與拓撲表面態之間的磁交換耦合依然很強，有利於實現預計的拓撲磁電效應和反常量子霍爾效應的實驗測量和實際套用。 在大帶隙二維拓撲絕緣體的研究方面，我們發現了由V族元素P, As, Sb, Bi形成的一種新的二維結構，由四原子環和八原子環構成。其中Bi元素構成的新結構是二維拓撲絕緣體，平衡條件下其帶隙是0.33eV，並且可以通過施加應變進一步增大。另外，通過對金屬性的Bi(110)雙原子層（或類似As和Sb雙原子層）用H原子或鹵素原子F, Cl, Br, I修飾後可以獲得一系列穩定的大帶隙二維拓撲絕緣體。其中最大帶隙值為0.93 eV，大於其它大多數二維拓撲絕緣體的帶隙。研究還表明這些薄與襯底間的作用不是很強。這些大帶隙的二維拓撲絕緣體在無耗散電子輸運及自旋霍爾效應觀測方面都具有潛力。 對於FeSe的六角結構和四方層狀結構，我們結合第一性原理計算與自旋極化的掃描隧道顯微鏡進行研究。對於六角結構FeSe的磁性，我們的結果表明FeSe表面具有自旋面內取向的非共線Neel反鐵磁結構。四方結構的層狀FeSe是結構最簡單的鐵基超導體，理論和實驗兩方面對於其磁性都有一些不一致甚至矛盾的研究結果。我們研究了FeSe薄膜中Se空位的磁性，揭示了FeSe薄膜中靜態磁序的缺失。計算中LDA近似與GGA近似結果的差異顯示了FeSe靠近磁臨界點。這一結果有助於理解層狀FeSe中的磁性及磁性與非常規超導機理的可能聯繫。
