《超導/拓撲絕緣體系統的輸運問題》是依託華中科技大學，由高錦華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超導/拓撲絕緣體系統的輸運問題
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高錦華
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
拓撲絕緣體是當前凝聚態物理的研究熱點。超導/拓撲絕緣體系統由於其自身的獨特性質最近受到廣泛關注。實驗上已經成功製備出了超導/拓撲絕緣體結，並測到了超導Josephson流。但是，當前這一系統的超導輸運理論都是基於簡化表面態模型，只關注了拓撲絕緣體表面態的超導輸運，與實驗情況差別較大。實驗中，拓撲絕緣體體內電子態對輸運有不可忽略的貢獻。通過調整摻雜或門電壓控制，可以調節費米面，進而調整體內和表面載流子的相對比例。本項目計畫發展一套能夠統一描述拓撲絕緣體體內電子態和表面態超導輸運的計算方法。基本思想是從拓撲絕緣體k.p模型哈密頓量出發，用解析和數值的方法求解相關物理問題。然後基於此方法，研究這一系統中幾個和實驗緊密相關的物理問題。本項目的研究能夠幫助我們深入全面的理解超導/拓撲絕緣體系統超導輸運的規律和特點，不僅具有基礎科學研究價值，還可指導未來量子器件的發展。
結題摘要
該項目在進行期間，由於國內外多個研究組相繼發表了和項目原預定目標類似的研究結果，因此課題組結合實際，適當調整了研究計畫，最終本項目的研究集中在兩個方向： (1) 基於金屬表面的人工兩維晶體的設計；(2) 多層石墨烯中的關聯基態。在這兩個方向上課題組取得了以下重要結果： (a) 關於金屬表面的人工二維晶體，我們仔細分析了現有實驗結果，構建了基於Cu(111)/CO系統的理論模型和參數，並提出了在這一量子反點格子（anti-dot lattice）系統中模擬複雜電子晶格的普適方法。以此為基礎，我們提出了在金屬表面上構建凝聚態物理領域中特別關注的Kagome 和Lieb電子晶格的具體實驗方案。特別要提到的是我們關於Lieb電子晶格的實驗方案最近已經被國外研究組在實驗中完全實現了。這一工作的重要性不僅在於第一次在固體體系中實現了電子的Lieb晶格，而且由於Lieb晶格自身的特性， 我們所預測的平帶電子局域化現象也在實驗中觀測到了，這是第一次在固體電子系統中觀測到這一現象。我們的工作為研究平帶電子的物理性質提供了第一個真實的實驗平台，同時也表明基於金屬表面的人工電子晶格這一新的實驗系統中有豐富的物理現象值得進一步去探索。(b) 在多層石墨烯系統的關聯基態方面，我們以雙層石墨烯為例，提出了一個在Hubbard模型上通過摻雜和施加電場來誘導出半金屬態的普遍方法。該結果的重要性在於指出了Hubbard模型這一凝聚態物理中最基本的關聯模型中也可以有半金屬相，為未來在實際材料中尋找半金屬態給出了一個新的思路。我們的工作發表後，國外的研究組將我們提出的模型推廣到了任意的ionic Hubbard模型上，並在無窮維的情況下對我們預測的半金屬相給予了嚴格證明。在本項目資助下，課題組截至2016年底已在國際前沿雜誌上發表高水平論文9篇，其中Phys. Rev. B 7篇（其中3篇Rapid Communication），Nanoscale 1 篇， 基本完成項目預期目標。
