拓扑绝缘体表面态自旋输运性质的理论研究

拓扑绝缘体的体材内部是有能隙的绝缘态，而表面却是无能隙的金属表面态。拓扑绝缘体金属表面态的存在非常稳定，而且其表面电子结构是与自旋有关的，因此，研究拓扑绝缘体表面态自旋输运性质对实现新型自旋电子学器件有着重要的指导意义。本项目采用传递矩阵理论和非平衡格林函数方法研究拓扑绝缘体表面态的自旋输运性质。主要研究电磁场对拓扑绝缘体表面态自旋输运性质的调控；研究势垒超晶格结构、局域磁场或磁性杂质对电子自旋输运性质的影响；研究铁磁体/拓扑绝缘体/铁磁体异质结以及拓扑绝缘体纳米结构中的自旋极化、自旋输运和自旋探测。通过本项目我们理论上可望获得基于拓扑绝缘体的自旋晶体管和自旋过滤器。这些研究将为新型自旋电子学器件的设计与制造提供理论依据。

通过项目组成员的三年努力工作，已基本完成项目计划内容。主要采用传递矩阵理论和非平衡格林函数方法研究了拓扑绝缘体表面、硅烯和石墨烯的自旋相关输运性质。主要研究电磁场对拓扑绝缘体表面态自旋输运性质的调控，计算拓扑绝缘体表面电磁势垒的电流-电压特性；研究势垒超晶格结构、局域磁场或磁性杂质对硅烯纳米带中量子自旋霍尔效应和电子自旋输运性质的影响；研究了石墨烯p-n结和双层石墨烯纳米带的热输运性质；研究了微波场辐射下耦合量子点的光子辅助隧穿效应和电光子泵效应以及量子点链和准一维弧形量子波导的输运性质。通过本项目我们理论上获得基于拓扑绝缘体的自旋晶体管和自旋过滤器。这些研究将为新型自旋电子学器件的设计与制造提供理论依据。项目进行期间共发表SCI收录学术论文13篇，培养硕士研究生3名。