《磁性摻雜拓撲絕緣體：量子化反常霍爾效應的材料設計》是依託福建師範大學，由張薇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁性摻雜拓撲絕緣體：量子化反常霍爾效應的材料設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張薇
- 依託單位：福建師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子反常霍爾效應是在沒有外磁場的情況下由自發磁化導致的量子化霍爾電導效應，其物理本質是自發磁化和自旋軌道耦合相互作用共同導致的拓撲非平庸的電子結構。本項目擬利用第一性原理計算，研究Co等過渡金屬元素摻雜拓撲絕緣體β-Ag2Se、β-Ag2Te形成的磁序絕緣體。在其二維薄膜材料中，這種磁序極有可能導致拓撲非平庸的電子結構，產生量子反常霍爾效應。我們還將細緻地研究Co及其他3d過渡金屬元素摻雜β-Ag2Se、β-Ag2Te系統的合成條件、摻雜相圖、磁性、居里溫度、磁性耦合機制等。這樣的材料設計，不但有望闡明實驗上已發現的Co摻雜β-Ag2Se磁序絕緣體的產生機理，還會為實驗實現和研究量子化反常霍爾效應提供理論指導。由於此效應利用的是電荷流，更易與現有的電子學技術兼容，它將推動新一代低能耗電晶體和電子學器件的發展。
結題摘要
二維拓撲絕緣體材料具有無耗散電子輸運的拓撲邊界態，是目前最有可能實現量子化反常霍爾效應的材料之一。此外，由單一元素構成的二維烯類材料具有極高載流子遷移率的無質量Dirac費米子。然而，通過一個簡單的物理方法在同一種元素體系中實現無質量Dirac費米子或拓撲絕緣體態的報導還很少見。項目取得的主要成果為：1. 證明了二維正方結構的Te單質可以通過調控來實現無質量的Dirac費米子態或拓撲絕緣體態；2. 二維正方結構的Te系統由於壓力效應展現出三種相：起伏正方、起伏長方和平面正方相。起伏正方結構中具有四個各向異性的Dirac點，其費米速度高達9.44*10^5 m/s（石墨烯的費米速度為10^6 m/s），起伏長方結構可以是能隙為0.24 eV的拓撲絕緣體，這說明該材料極有希望用於製備室溫下使用的器件。在無自旋軌道耦合的情況下，起伏正方和平面正方結構存在節線結構；3. SrTiO3基底的引入在穩定起伏正方結構壓力的同時，可以保持Dirac錐不被破壞，為實驗實現Te烯指明了方向。這些發現不但擴展了人們對單層材料的認知，而且對量子化反常霍爾效應材料的設計具有重要指導意義。總之，項目研究成果已發表論文9篇，均發表在Phys. Rev. B等SCI期刊上。順利完成了項目研究目標，達到預期成果。
