《新型二維自旋軌道耦合材料的設計和物性研究》是依託北京理工大學，由姚裕貴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型二維自旋軌道耦合材料的設計和物性研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：姚裕貴
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新型二維自旋軌道耦合層狀材料在未來光電子學、自旋電子學以及微電子學等領域具有廣泛的套用前景。本項目將結合第一性原理計算、緊束縛方法與多體理論，發展二維自旋軌道耦合層狀材料的光電性能（如激子和等離激元等）、輸運性質（如熱電效應、電荷、熱、自旋與谷輸運等）以及新奇自旋軌道耦合效應等物性的計算方法；篩選或設計新型二維自旋軌道耦合層狀材料，探索這些二維材料中的原子、電荷、自旋、軌道與谷等自由度，以及它們之間的內在關聯；研究化學摻雜、磁場、光場、電場與應變場等對材料物性（如輸運性能、光電性能、磁性、鐵電性、超導性和拓撲性等）的調控，並探討各種物態序之間的共存與耦合；研究自旋軌道耦合對二維材料物性的影響規律，探索新奇自旋軌道耦合效應並預言新奇量子現象；研究由不同二維材料構築的異質層狀結構以及與之相關的近鄰效應。總之，通過該項目研究，可以發現新型二維材料，為未來信息技術中器件設計提供材料和物理基礎。
結題摘要
近年來，新興前沿領域如拓撲物態、二維材料在基礎研究和器件套用等方面取得了大量重要的成果。與傳統電子材料不同，新奇拓撲物態或材料一般具有多種自由度，如：電荷、自旋、谷、軌道等自由度。研究此類體系中不同自由度之間的內在關聯和由之衍生出來的豐富量子物性，不僅帶來了基礎研究的突破和革新，也有望在未來光電子學、自旋電子學、“谷”電子學、微電子學以及複合功能新材料等領域取得廣泛的套用。本項目基於第一性原理計算、緊束縛模型和格林函式方法，以及自主開發的相關程式算法，與實驗緊密合作，預言了諸多基礎研究上非常關切的新型二維自旋軌道耦合材料，並深入研究了其中所蘊含的新奇量子物性，取得一系列重要研究成果。主要研究成果如下：（1）提出了多種寬頻隙的新型二維拓撲絕緣體，有助於實驗觀測其中的量子自旋霍爾效應及推動了該類材料在套用上的發展。具體而言，我們通過第一性原理計算，相繼預言了四六環鉍烯、單層和多層PbS、五角形第四主族與硫族二元化合物以及矽烯、鍺烯、錫烯和六角氮化硼構成的范德瓦爾斯異質結以及拓撲疇壁；（2）研究了多類新型二維自旋軌道耦合材料的新奇物性，主要包括第IV族碲化物的鐵電性質、磷烯，砷烯基於空穴摻雜和應變誘導的鐵磁相變和磁光效應、以及在石墨烯體系中通過非磁手段產生自旋極化電流等研究；（3）證實和發現新型二維節點及節線半金屬：理論與實驗相結合，在國際上首次驗證了二維Cu2Si具有狄拉克節線態以及二維GdAg2具有外爾節線態、預言單層HfGeTe具有新奇的自旋軌道狄拉克點和反鐵磁TaCoTe2材料具有獨特的狄拉克費米子；（4）編寫了一系列重要的計算方法：實現了力場下最佳化第一性原理結構的計算方法和發展了加速自旋軌道耦合下雜化密度泛函計算的方法；（5）撰寫了兩篇關於新型二維自旋軌道耦合體系的綜述，即：和合作者共同完成一篇目前關於矽烯最為系統的綜述以及一篇應變對二維量子材料新奇物性的調控的邀請綜述文章。
