《石墨烯量子輸運性質和拓撲絕緣體熱電性質的研究》是依託西北大學，由成淑光擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯量子輸運性質和拓撲絕緣體熱電性質的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：成淑光
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯輸運性質的研究和拓撲絕緣體是近年來凝聚態物理研究的熱點問題。石墨烯具有獨特的能帶結構，它的電子是無質量的費米子，需要用Dirac方程描述，而Z2類拓撲絕緣體的邊緣態或表面態也需要用Dirac方程描述。本項目主要研究以下三個方面的內容：（1）研究最近發現的電子-空穴非均勻分布對石墨烯輸運性質的影響；（2）提出基於雙層石墨的四連線埠約瑟夫森結的量子器件並研究其輸運性質和雙層石墨-超導界面的反常Andreev反射；（3）研究拓撲絕緣體納米條帶的熱電性質和費米面、能隙、電子無序、體系尺寸等的關係，以期望改善未來量子器件的熱電性能。該項目不僅有著重要的基礎研究的意義，同時也是未來量子器件的重要的前期研究工作。
結題摘要
由於石墨烯特別的能帶性質會導致狄拉克費米子的奇特的電子輸運性質，其在凝聚態物理領域引起廣泛的興趣。理論上採用緊束縛格點化模型我們研究了石墨烯的電子輸運性質，不僅豐富了大家對電子輸運物理圖像的認識，也對未來的納米器件的製造提供了理論支持。本項目中我們主要研究了兩個問題：（1）石墨烯中的電子無序對於Andreev反射的影響；（2）石墨烯組成的異質結的電子和熱電性質。使用非平衡格林函式方法，我們研究了不同體系中電子輸運性質。主要結果如下：（1）石墨烯中電子－空穴聚集導致的無序儘管高達數十meV（數十倍於超導能隙），對於Andreev反射的影響微乎其微；（2）實驗上可以在處於量子霍爾態的石墨烯p-n結中觀測到半整數電導。我們發現處於量子霍爾態的單層和雙層石墨烯中，電子－空穴無序也會導致半整數的電導；（3）我們研究了鐵磁石墨烯的自旋熱電係數和自旋熱導。我們發現在特定的能級自旋熱電係數會有峰值出現而自旋熱導呈現量子化平台；（4）由於石墨烯中可以存在反常量子霍爾態，我們研究了處於量子霍爾態和反常量子霍爾態之間的石墨烯異質結的的隧穿。發現 （i）當費米能大於零時，隧穿是完美的 （ii）當費米能小於零時，由於量子干涉電導呈現振盪行為且值小於量子電導2e^2/h。該結果從態密度角度得到很好的解釋。這些結果除了科學本身意義，對可能出現的石墨烯電子器件和熱電器件提供理論指導。
