类石墨烯的谷电子输运研究

Recently, the valleytronics based on 2D graphene-like materials has drawn much global attention and it is believed that the valley degree of freedom can be utilised as carriers of information like the spin counterpart. At present, valleytronics is still in its infancy and the major challenge in this field is to generate, manipulate, and detect the valley currents. In this proposal, we will theoretically investigate the transport of valley electrons, which includes: (1) Valley current via pumping: To realize quantized valley-polarized current by utilizing quantum pumping in quantum valley insulator; (2) Effect of line defect on valley polarization: To achieve an excellent valley filter and valley valve effect over a large range of incident angle and energy; (3) Valley-polarized helical edge states creation: To investigate different spin, valley dependent helical edge states by knowing that topological interface states appears at topological phase boundary in real space. (4) Valley current detection by pure electric method: To verify the topological valley current can flow in gapped graphene by calculating the signal of non-local resistivity in four-terminal Hall-bar device. The proposal is expected to deepen the understanding of the transport properties of valley electrons and provide some theoretical support for the design of valleytronic devices.

近年来，基于二维类石墨烯材料中的谷电子学受到了研究人员的广泛关注，这是因为狄拉克电子的谷自由度和电子的自旋自由度一样，被人们认为可以用来作为信息的载体。目前谷电子学仍然处于发展的初期，谷电子流的产生、调控和探测是这个领域的核心问题。本项目主要从理论上研究谷电子输运。研究内容主要包括：（1）谷流泵浦效应：我们拟在量子谷绝缘体中，研究利用拓扑量子参数泵，以期获得量子化的谷极化电流；（2）线缺陷对谷极化的影响：以期在大的入射角和入射能范围内，获得优异谷过滤和谷阀门效果；（3）产生谷极化的螺旋界面态：利用拓扑相在实际空间的相边界形成的拓扑边界态，研究不同自旋、谷依赖的螺旋态；（4）纯电学方法探测谷电流：在四端霍尔条器件中计算非局域电阻率的信号验证拓扑谷流能在有带隙的石墨烯中流动。这个项目的研究将加深我们对谷电子输运性质的理解，也会对谷电子器件的设计提供一定的理论支持。

近年来，基于二维类石墨烯材料中的能谷电子学受到了研究人员的广泛关注，这是因为狄拉克电子的能谷自由度和电子的自旋自由度一样，被人们认为可以用来作为信息的载体。目前能谷电子学仍然处于发展的初期，能谷电子流的产生、调控和探测是这个领域的核心问题。本项目主要从理论上研究能谷电子输运。研究内容主要包括：（1）二维材料的普适哈密顿量：提出一个二维材料的普适模型，该模型可以获得三种自由度——自旋、赝自旋以及能谷自由度的相互独立；（2）发光二极管的圆偏振发光：基于能谷的圆偏振光选择定则，理论获得，在施加应力的单层过渡金属硫族化合物所制备成的发光二极管中，圆偏振光的偏振度可以显著增强到100%，且不影响电致发光的强度；（3）线缺陷对能谷极化的影响：在大的入射角和入射能范围内，获得优异能谷过滤和能谷阀门效果；（4）能谷流泵浦效应：我们在量子能谷绝缘体中，研究利用拓扑量子参数泵，获得量子化的能谷极化电流。这个项目的研究将加深我们对能谷电子输运性质的理解，也会对能谷电子器件的设计提供一定的理论支持。