外尔半金属手征磁效应的理论研究

In recent years, considerable research activities have been directed towards chiral magnetic effect (CME) in the Weyl semimetals, which is a novel effect that the magnetic field can generate current in the Weyl semimetals. It shows a negative magnetoresistance effect, which is beneficial in the design of multifunctional electronic devices and the transmission device with low energy consumption. However, a better theoretical understandings of what are the general conditions of the existence of CME and the effective way to obtain CME is needed. To this end, the present project will focus on the theoretical study of the CME Weyl semimetals including: (1) the properties of CME in different types of Weyl semimetals, (2) the CME in different types of Weyl semimetals under different conditions, such as the strong correlation, defects, disorder and strain fields, and the general conditions of the existence of CME and the effective way to obtain CME. Such studies could improve the understanding of CME in Weyl semimetals and also be helpful in the utilization of CME to design Weyl semimetal materials.

外尔半金属的手征磁效应是近年来凝聚态物理领域的热点问题之一，它是指磁场在外尔半金属内产生与磁场方向平行的电流的一种新奇效应。这种效应也可表现为负磁阻现象，因此，它对于实现多功能电子器件以及低能耗传输器件有着重要意义。目前理论上对于手征磁效应存在的一般性条件以及如何更有效的获得手征磁效应的研究还缺乏深入的理解。本项目拟对外尔半金属的手征磁效应进行理论上的探讨，主要研究内容包括：(1)对第一类外尔半金属和第二类外尔半金属的手征磁效应的性质进行研究；(2)讨论在强关联、缺陷、无序掺杂以及应力场条件下，不同类型的外尔半金属的手征磁效应的变化，并讨论手征磁效应存在的一般性条件以及更有效的获取手征磁效应的途径。对于该问题的研究能进一步的加深人们对于外尔半金属手征磁效应的认识；也可以帮助人们更好的利用外尔半金属的手征磁效应以及设计外尔半金属材料。

近年来，外尔半金属材料中的手征磁效应的研究受到了人们越来越多的关注。特别地，近期人们在理论上提出了Floquet外尔半金属以及非厄米外尔半金属等非平衡态外尔半金属，并发现了许多有趣的现象。在非平衡态外尔半金属中的手征磁效应也受到人们的关注。本项目对包括平衡态外尔半金属以及非平衡态外尔半金属在内的不同类型的外尔半金属的手征磁效应进行了理论研究。首先，在对平衡态外尔半金属手征磁效应的理论研究中，我们考察了有无序存在的外尔半金属体系中，量子散射对于手征磁电流的标度行为。研究的结果表明无序会倾向于抑制缓慢变化磁场带来的手征磁效应电流，这也解释了在凝聚态实际材料中手征磁效应的观测将会受到一定的限制。其次，在非平衡态体系的研究中，我们对Floquet外尔半金属的手征磁效应进行了研究，也对于非厄米体系的量子相变行为进行了理论研究。在对Floquet外尔半金属手征磁效应的研究中，我们构造了周期外电场驱动所形成的非平衡态外尔半金属，利用Floquet理论考察了其能带性质，并讨论了其在稳恒外磁场条件下的手征磁效应，结果表明在此非平衡态外尔半金属中能够形成手征磁效应。非厄米体系中相变问题的研究包括两个方面，一方面是对于纯净体系，考察了贝利相位在杨李边界的标度行为以及动力学相变的标度机制，另一方面还考察了准周期多体体系内的拓扑性相变、实数能谱-复数能谱相变以及多体局域性相变。这些研究一方面能够帮助人们加深对于外尔半金属手征磁效应的认识；另一方面，对于Floquet外尔半金属和非厄米体系的研究也能够帮助人们去更好设计非平衡态外尔半金属以及去利用其手征磁效应。