石墨烯体系中量子光学现象及其应用的研究

石墨烯体系中奇特的电子输运现象已成为了当前国际上物理学研究的一个热点问题。近年来，我们相继发现了石墨烯体系中类布拉格反射，反常Goos-H?nchen位移和波导模式缺失等类光学现象，为设计石墨烯量子电子器件提供了新原理。在此基础上，本项目主要围绕石墨烯体系中量子光学现象展开基础和应用研究。通过四年的工作，拟取得以下三方面的成果：（1）通过Landau-Zener跃迁时间和时域衍射的研究，提出描述石墨烯量子电子器件响应时间或开关速度的参数及在太赫兹振荡器等方面的应用；（2）研究发现外加电磁场或外加应力作用下石墨烯体系中Rabi振荡，Ramsey干涉等量子光学现象，提出石墨烯中电子输运的量子调控方法，设计新型的量子电子器件和光电子器件；（3）利用shortcut to adiabaticity技术实现石墨烯体系中快速高保真的量子绝热输运和赝自旋的相干操控，并提出其在量子信息技术中的应用原理。

本项目旨在从事石墨烯体系中电子输运特性及相关量子调控的研究，发表标注受本项目资助的SCI论文 33篇，其中包括Phys. Rev. Lett. 3篇，Phys. Rev. A 13篇。重点研究了半导体与石墨烯的电子输运、自旋操控等，取得成果如下：（1）发现基于石墨烯Fibonacci和Double-periodic等准周期超晶格结构中平均波矢为零的带隙及电子输运特性，为设计全角电子反射器等量子电子器件提供原理；（2）研究发现了外场或应力作用下石墨烯势垒中电子隧穿的群时延调制及Hartman效应，建立了群时延和居留时间的关系，进一步揭示Hartman效应的本质；（3）研究了非对称石墨烯超晶格结构中的透射带隙和电子输运特性调控。（4）结合量子光学现象，利用量子绝热捷径技术实现了半导体单量子点和双量子点自旋快速相干操控，为在石墨烯中的应该提供借鉴；（5）发展了量子绝热捷径技术，并应用于二能级布局数转移、原子冷却/转移、光波导耦合等。最近，量子绝热捷径技术应用于Dirac系统中已有报道，因此可以预见上述成果是相辅相成的，石墨烯电子输运的研究将丰富量子绝热捷径技术的研究内容，量子绝热捷径技术等量子光学现象则提供石墨烯电子输运及其操控研究的新方法。