Dirac费米子体系纳米结构的电子性质研究

Using first-principles theoretical modeling and in situ high-energy resolution scanning tunneling microscopy, combining with angle-resolved photoemission spectroscopy and Raman spectroscopy, we study the molecular beam epitaxy growth of ultra-thin films, atomic structures and electronic properties of Dirac fermion nanostructures. We investigate the interaction of thin-film systems of Bi, Sb2Te3, (BixSb1-x) 2Te3 and graphene, focusing on strain effects, electronic structure change and transport properties. We try to find out the microscopic mechanism of the system being a topological insulator or an ordinary insulator, to clarify the spin-orbit coupling near Fermi surface and band splitting by external field such as electric field. By systematic study of the electronic structures of the nanostructured topological insulators, we hope to propose some novel electronic devices that are based on the exotic property of topological insulators.

以第一性原理理论模拟和原位高能量分辨扫描隧道显微谱为主要手段，结合角分辨光电子能谱和拉曼光谱，研究Dirac费米子纳米结构、超薄膜材料的分子束外延生长、原子结构和电子性质。研究不同的Dirac费米子材料（Bi、Sb2Te3 与(BixSb1-x)2Te3等）薄膜与石墨烯的相互作用、应变效应、电子结构和输运性质，研究系统呈现拓扑绝缘体和平庸绝缘体的微观机制。澄清费米面附近自旋轨道耦合及在外界作用（如电场）下能带劈裂的原因，争取在新型Dirac费米子体系的电子结构、纳米尺寸效应、关联效应等研究方面取得一些原理性的发现，为基于Dirac费米子体系的纳米结构的电子器件的发展提供物理依据。

Dirac费米材料奇特的能带结构和物理性质引起了广泛的关注，Dirac材料纳米结构的层间相互作用的研究对未来电子和自旋电子应用起着重要的作用，这为人们基于石墨烯和其它Dirac材料薄膜的纳米结构设计与发展新型的电子器件包括自旋电子学器件提供了新的方向。以第一性原理理论模拟和原位高能量分辨扫描隧道显微谱为主要手段，结合角分辨光电子能谱和拉曼光谱，研究Dirac费米子纳米结构、超薄膜材料的分子束外延生长、原子结构和电子性质。研究不同的Dirac费米子材料（Bi、Sb2Te3与(BixSb1-x)2Te3等）薄膜与石墨烯的相互作用、应变效应、电子结构和输运性质，研究系统呈现拓扑绝缘体和平庸绝缘体的微观机制。澄清费米面附近自旋轨道耦合及在外界作用（如电场）下能带劈裂的原因，在新型Dirac 费米子体系的电子结构、纳米尺寸效应、关联效应等研究方面取得了一些原理性的发现，为基于Dirac费米子体系的纳米结构的电子器件的发展提供物理依据，达到了国内外先进水平，取得了重要的研究成果，与本项目相关的36代表性论文发表在国际重要期刊《Nano Lett.》、《Phys. Rev. B》、《Sci. Rep.》和《Phys. Chem. Chem. Phys.》等。. 本项目主持人共培养博士研究生4名，获得山东省高校优秀科研成果一等奖1项、二等奖2项和山东省自然科学学术创新奖一项。本项目执行期间，成功举办学术交流会议2次，另外，邀请了国内外30多位专家学者来临沂大学作报告。本项目组成员多次参加在北京、南京、青岛等举办的国内学术会议，及在美国、日本、捷克等举办的国际学术会议。