《新型拓撲體系中拓撲態調控和量子輸運的研究》是依託北京航空航天大學，由潘暉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型拓撲體系中拓撲態調控和量子輸運的研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：潘暉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前，關於拓撲量子體系的研究已成為凝聚態物理學科重要的前沿研究領域。我們擬開展新型拓撲體系中拓撲態調控和量子輸運的研究。首先，針對二維低褶皺拓撲體系，研究自旋軌道耦合競爭效應對拓撲態的影響，以及外場和層自由度對拓撲態的調控，探索谷極化拓撲態等新奇拓撲態形成的微觀機制。其次，針對三維Dirac和Weyl半金屬，研究外場和量子約束效應對拓撲態的調控，以及對稱性破缺對拓撲態的影響，揭示費米弧演化規律和拓撲相變機理；進一步研究Dirac和Weyl超導體中的拓撲態，給出Majorana表面態的形成機制和有效調控方法。最後，研究上述拓撲體系中拓撲態在輸運特性上的表征，探討外場和無序散射對手性隧穿、Andreev反射、谷極化和谷過濾等輸運性質的影響，闡明拓撲態導致新奇輸運特性的物理本質。通過上述研究，加深對拓撲態的理解，獲得對拓撲態的有效調控和探測手段，為設計基於拓撲態的量子器件和信息處理提供物理基礎。
結題摘要
拓撲絕緣體和拓撲半金屬中的拓撲態是非常重要和前沿的物理研究領域。本項目針對新型拓撲體系，從理論上深入系統研究了其中的拓撲態、拓撲相變，以及相應的調控、探測機制。先後從理論上研究了類石墨烯體系、拓撲絕緣體、拓撲狄拉克和外爾半金屬體系中拓撲態的調控及其拓撲相變，並進一步研究了應變場、翹曲效應對拓撲態輸運特性的影響。主要研究內容為：(1).研究了不同拓撲絕緣體構成的拓撲疇壁，發現其中存在自旋極化和谷極化的邊緣態。邊緣態的自旋指標和谷指標可以被外電場調控，這使得設計自旋過濾和自旋谷過濾器件成為可能。(2).研究了平面內磁化的二維原子晶格結構中的量子反常霍爾效應，發現在平面內磁場作用下，量子反常霍爾效應可以在低褶皺的蜂窩狀晶格中實現。(3).研究了一維應變場下的石墨烯，導出了一個有效的相對論狄拉克哈密頓量，並獲得了依賴於頻率的光電導率。(4).研究了交換場對狄拉克半金屬拓撲相的調製作用，發現系統可以從拓撲平庸態轉變為具有非零拓撲數的量子反常霍爾效應態。(5).研究了具有Rashba自旋軌道耦合作用的石墨烯中電子性質和自旋可分辨的散射，發現費米表面的翹曲結構對引起透射電流的自旋極化是必要的。(6).研究了拓撲絕緣體費米面六角形翹曲結構的各向異性對拓撲絕緣體表面態輸運性質的影響，發現散射率和電導對角度具有很強的依賴性。(7).研究了節線半金屬的磁光回響，發現了交錯的朗道能級以及磁光電導的雙峰結構。(8).研究了外爾半金屬各向異性的量子束縛效應和由量子尺寸效應引起的拓撲相變，發現能隙具有周期性的振盪，並且從平庸絕緣體轉變到量子反常霍爾效應。本項目針對新型拓撲體系，從理論上研究了其中的拓撲量子態的調控及其拓撲相變，以及相應的外場調控機制。並進一步從理論上研究了其中的拓撲量子態對系統輸運特性的影響，以及相應的對拓撲態進行探測的機制。這些理論研究有望預言新效應，為實驗的進一步發展提供新的思路和依據，並將為基於拓撲態的量子器件設計和固態量子信息處理提供物理模型與理論依據。
