摻雜三維拓撲絕緣體的光電導特性研究

《摻雜三維拓撲絕緣體的光電導特性研究》是依託湖南大學，由陳欽俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：摻雜三維拓撲絕緣體的光電導特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳欽俊
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

三維拓撲絕緣體是指一類體態具有較大能隙，表面電子能帶呈現奇數個狄拉克錐的新型材料。其奇異的拓撲性導致了很多新的物理現象和理論，成為了當今研究的一大熱點。在三維拓撲絕緣體中摻雜，可以獲得可觀的光電導性能調控。非磁性的摻雜可以調節費米面，能夠誘導狄拉克錐上的電子發生帶內或帶間躍遷；磁性摻雜打破表面態時間反演對稱，在狄拉克錐處打開一個能隙。通常，在光電子器件套用中，很有必要在其表面態打開一個能隙，以調製其對不同頻率的回響。本項目以三維拓撲絕緣體材料三硒化二鉍（Bi2Se3）薄膜為基體，運用第一性原理計算其摻雜後的表面態電子結構信息；建立新的理論模型，重點探索摻雜行為對其表面態電子輸運過程的動力學機理及其性能調控，深入理解摻雜拓撲絕緣體表面態的光電導特性；根據其能帶特性，調控三維拓撲絕緣體材料在太赫茲頻段的輻射。本項目研究將為拓撲絕緣體材料光電子器件的設計提供可靠的物理模型和理論依據。

結題摘要

基於本項目的資助，本科研團隊主要探索了三維拓撲絕緣體及其他二維新型拓撲材料，如半狄拉克體系的光電導特性。首先，我們推導了一套描述三維拓撲絕緣體材料在外場及非磁性參雜下的電子輸運理論方程，分析了三維拓撲表面態的演化對雜質散射的影響，我們的結果在凝聚態領域具有基礎理論研究意義。其次，我們運用光學參量生成的方法，推導了一套描述二維各向異性的半狄拉克體系中的非線性光電導的方程，探索了半狄拉克體系中的非線性光電導隨環境溫度，化學勢能參數的變化規律為半狄拉克體系在光電子領域的套用提供了理論支持。最後我們利用基金的支持，發展了第一性原理在超導材料等方面的研究。