《關聯拓撲電子體系巨觀量子特性及材料探索研究》是依託中山大學，由吳東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：關聯拓撲電子體系巨觀量子特性及材料探索研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳東
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
關聯拓撲電子體系呈現出新奇的量子物態，主要包括關聯拓撲能帶絕緣體、拓撲莫特絕緣體或拓撲超導體。由於涉及到複雜的多體相互作用及相對論效應，關聯拓撲電子體系的理論和實驗研究存在諸多困難。特別在實驗上，高品質拓撲關聯電子體系的缺乏，嚴重阻礙了人們對關聯拓撲電子體系新奇量子現象的進一步研究。基於此，我們提出《關聯拓撲電子體系的巨觀量子態及材料探索研究》這一課題，旨在通過材料設計，選擇合成周期短、組分比例易於控制的塊體材料而非薄膜作為優先合成對象，採用固溶、提拉、水平溫度梯度、布里奇曼坩堝下降等材料合成技術，圍繞元素序數較高、關聯效應較強的d、f電子體系化合物進行材料設計和探索研究。同時，通過高精確量組分調控或摻雜工程，結合多重物性的表征分析工作，發掘深層次的自旋-軌道耦合與電子關聯的相互作用關係，以及它們共同作用下體系呈現的最終拓撲量子態特性。
結題摘要
關聯拓撲電子體系呈現出新奇的量子物態，主要包括關聯拓撲能帶絕緣體、拓撲莫特絕緣體或拓撲超導體。由於涉及到複雜的多體相互作用及相對論效應，關聯拓撲電子體系的理論和實驗研究存在諸多困難。特別在實驗上，高品質拓撲關聯電子體系的缺乏，嚴重阻礙了人們對關聯拓撲電子體系新奇量子現象的進一步研究。基於此，我們提出《關聯拓撲電子體系的巨觀量子態及材料探索研究》這一課題，旨在通過材料設計，選擇合成周期短、組分比例易於控制的塊體材料而非薄膜作為優先合成對象，採用固溶、提拉、水平溫度梯度、布里奇曼坩堝下降等材料合成技術，圍繞元素序數較高、關聯效應較強的d、f電子體系化合物進行材料設計和探索研究。同時，通過高精確量組分調控或摻雜工程，結合多重物性的表征分析工作，發掘深層次的自旋-軌道耦合與電子關聯的相互作用關係，以及它們共同作用下體系呈現的最終拓撲量子態特性。 通過本項目的研究，我們探索併合成出一類新材料EuBi(Sb)Te3。在此之前，Ln-Bi(sb)-Te三元化合物單晶，特別是巨觀尺寸單晶，的存在一直受到爭議。因為缺乏實際的晶體材料，這一類化合物的性質也一直不為人所知。我們通過Te自溶劑法，合成出了EuBi(Sb)Te3新晶體材料。這一體系具有四方結構，為層狀結構，易解理。Eu-Bi(sb)-Te的發現，為人們在Ln-Bi(Sb)-Te體系尋找可能存在的新奇量子效應提供了晶體材料基礎。 運用綜合物性測量系統、材料結構表征分析系統、光譜分析系統等手段，我們對EuBi(Sb)Te3 體系進行了多方面的物性表征及分析工作。分析表明這一材料體系呈現反鐵磁絕緣體行為，奈爾溫度在約為10k。通過磁阻測試，我們觀測到這一體系存在正、負磁阻轉變的反常現象。在奈爾溫度以下，隨著磁場強度的增加，磁阻從正值逐漸向負值轉變，在5特斯拉附近，磁阻降低至零場電阻的30%左右。通過電鏡分析，觀察到沿特定晶格方向的條紋狀超晶格結構。這些結果表明體系中存在著較複雜的電、磁耦合效應。 光致電流效應測試表明，EuBi(Sb)Te3 體系存在較強的光致電流效應，表明這一材料體系在光電探測領域具有巨大的套用價值。
