量子人工结构的表面调制效应与相关器件研究

边界条件（表、界面结构）的影响，是信息功能材料器件小型化过程中不可逾越的问题，阐明这种影响的物理机制并进行有效利用，对量子结构材料的发展具有重要的意义，其成果和经验可以推广到其它一维和三维人工结构材料。.本项目通过研究量子尺寸效应对薄膜的电子结构的影响规律，探索利用表、界面特性来调控量子结构的物理性质。首先制备具有表面调制结构的新型人工微结构系统，重点是复杂周期边界条件的精确控制；然后，在实验和理论上系统研究表面调制系统的物理特性，阐明周期边界条件和外场对量子系统中电子结构的影响规律，探索其磁、光、电等物理性质的奇异性，如金属－绝缘体转变，拓扑自旋半金属，光学负折射现象等新奇效应，最终利用这些物理特性设计新型量子人工结构材料和信息功能器件。

边界条件（表、界面结构）的影响，是信息功能材料器件小型化过程中不可逾越的问题本项目通过研究尺寸效应对薄膜电子结构的影响规律，探索利用表、界面特性来调控量子结构的物理性质(磁、光、电性)。首先制备了多种具有表面调制结构的新型人工微结构系统，然后系统研究了周期边界条件和外场对量子系统的磁、光、电等物理性质的影响规律，重要结果包括：1）在周期调制影响下反铁磁结构出现若干奇异现象，其中铁磁/非磁/反铁磁的交换耦合表现出的振荡衰减行为随界面粗糙度的增加演化为单调衰减，铁磁/反铁磁的交换偏置作用被原子台阶调制，边界条件作用下反铁磁纳米结构表现出新的反铁磁涡旋态等；2）在周期调制影响下，周期表面会大大增加器件的电子噪声；3）多层周期结构对电磁波的传播有巨大的影响，可以多极大地提高超材料的调制功能，使单层结构微弱的磁响应调制大大增强，周期表面结构的多量子阱LED的量子效率得到增强，可以通过控制界面处的电子共振遂穿过程来调控材料表面的电子发射，探索利用电注入来激发周期结构表面等离激元并取得初步成果。这些研究成果阐明了表面调制结构对量子系统的物理性质的影响，如果下一步进行有效利用，对量子结构材料的实际应用具有重要的意义，最终可以利用这些物理特性设计新型量子人工结构材料和信息功能器件，并且其成果和经验可以推广到其它一维和三维人工结构材料。发表学术论文25篇，申请专利3项，多次参加国内外学术会议并作邀请报告，培养研究生8名。