双层石墨烯中自旋轨道耦合诱导的拓扑相变研究

We present a systematic study of the topological phase transition induced by spin-orbit couplings (SOCs) in bilayer graphene, and the quantum transport properties in the system. Firstly, we investigate the topological phase transition depending on the biased voltage, intrinsic and Rashba SOCs, and exchanged field. We will foucs on the band structure and quantum transport properties of the quantum anomalous Hall phase. Secondly, we study the topological phase transition induced by SOCs in bilayer graphene under a uniform magnetic field, and suggest a proposal to tune these topological phases. Then we create a bilayer graphene p-n junction by placing an electrostatic gate on the top of the system, and study the transport properties of this junction when different topological phases emerge on the both sides of the junction. The main point at which the project aimed is one of the hot spots,and is also an important basic problem in the condensed matter physics.Once these problems were solved, it will be an important issue for profound understanding the topological phase transition and the quantum transport properties. The proposed tunable topological phases also have potential application in spintronics.

本项目将系统地研究双层石墨烯中自旋轨道耦合诱导的拓扑相及其相变行为，以及此体系的量子输运性质。首先研究层间电压，内禀自旋轨道耦合，Rashba自旋轨道耦合以及交换场对双层石墨烯中拓扑相的影响，并研究其相变行为，其中重点研究奇异量子霍尔相的能带结构和输运性质。其次，研究在均匀磁场作用下，双层石墨烯中自旋轨道耦合诱导的拓扑相及其相变行为，给出此系统中各种不同的拓扑相存在的条件，以及调控这些拓扑相的方案。再将此双层石墨烯系统做成p-n结，研究当p-n结两侧分别出现不同拓扑相时的输运性质。本项目拟研究的问题是当前凝聚态物理的研究热点，也是重要的基础性问题。这些问题的解决，对我们更深刻地理解石墨烯的相变行为和输运性质有着重要意义。同时，这些可调控的拓扑相在自旋电子器件方面也有着潜在的应用价值。

本项目系统地研究了石墨烯中拓扑相及其相变行为，以及此体系的量子输运性质。首先研究在均匀磁场作用下，双层石墨烯中内禀自旋轨道耦合诱导的拓扑相及其相变行为，以及调控这些拓扑相的方案。其次，研究在均匀磁场作用下，带偏压的双层石墨烯中对称性破缺的拓扑相的性质，以及系统中自旋过滤态的输运性质，另外还讨论了这些拓扑相的稳定性。除此之外，我们还研究了磁场作用下折叠石墨烯中的界面态和量子化电导。并且发现界面态的分布会随着折叠角的变化而变化，随着这些变化，量子化电导也出现了有趣的演变过程。由此给出了一种调控界面电流的方法。这些研究结果在自旋电子器件方面有着潜在应用价值。