外场协作调控下低维结构中的量子输运

低维量子结构表现出许多不同于常规固体材料的物理特性，为设计有特殊功能的量子器件提供了广阔的前景。针对低维量子结构中电子的相干性与关联性质的理论研究，对实验工作和实际应用都具有重要的指导意义。本项目拟研究单层石墨、双层石墨、拓扑绝缘体和其它材料及其由它们构成的量子环和量子点复合结构中电子的相干性和关联性质的微观机制；揭示低维异质结构在量子限制效应、磁性、外场及温度等因素的共同作用下，其电子行为所表现出来的新奇的宏观性质；探索磁性关联、自旋轨道耦合、电子-电子、电子-声子及电子-光子相互作用对电子的电荷输运和自旋输运的重要影响。特别值得关注的是，我们希望进一步弄清楚如何通过改变材料的成分比、几何构造、外加直流或交流的电场和磁场，来协作调控低维量子结构中的电子组态，从而有效地控制电子的电荷和自旋，为设计有实际应用价值的纳米量子器件提供理论依据。

低维量子结构表现出许多不同于常规固体材料的物理特性，为设计具有特殊功能的量子器件提供了广阔的应用前景。针对低维量子结构中电子的相干性和关联性的理论研究，对实验工作和器件设计都具有重要的指导意义。本项目研究计划的主要目标就在于，探讨在外场协作调控下低维结构中与相位效应和电子关联相联系的量子输运。在过去的三年时间里，本项目由于得到国家自然科学基金的支持，和课题组全体成员的不懈努力，取得了有意义的进展和丰富的成果。我们的研究工作是从微观理论出发，来考察由碳单层、碳双层、低维拓扑绝缘体和普通半导体及其它材料组成的微结构，受到组分、结构、外场等各种因素的影响和调控时，所表现出来的新奇的输运性质，为实际设计小型的电子晶体管、自旋阀和热二极管等纳米量子器件提供理论上的依据。在开展本项目的研究期间，通过建立合理的模型、求解定态问题或含时运动方程，以及进行理论分析，对纳米和亚微米粒子系统的静态和动力学行为进行了细致的研究；阐明了量子多粒子行为在当前热门的二维蜂巢晶格材料及拓扑绝缘体材料中的电荷输运、自旋输运、热输运和磁性质等方面的表现，解释了有关的实验现象；研究了半导体量子点和环、磁性多层膜构成的自旋阀、金属薄膜中的等离激元，分析和预言了可能的物理效应；对量子微结构中的激子凝聚和 Josephson 效应进行了详细深入的研究，发现许多独特的物理现象，扩展了人们对这一方向的理解；还额外地完成了一部具有独创性的科学著作，将对推动我国凝聚态物理学科的发展发挥积极的作用。在项目的执行过程中，已在国际著名物理学杂志上发表一系列研究论文；在国内出版《凝聚态物理学》上下卷；课题组的研究生得到良好的培养。可以认为，本项目研究计划的预期目标已得到圆满和超额完成。