石墨烯和拓扑绝缘体中极化子态的基本性质研究

In recent years, the appearing of novel low-dimensional materials graphene and topological insulator quickly become the hot spots in condense matter physical field due to its many peculiar properties. The quasi-particle states are formed arising from the interactions between the electron and phonon, that is the polaron, which is very important to study the strength of electron-phonon coupling, the emission and absorption of light, thermal transport, the original of superconductor and so on. In this project, we mainly investigate the effects of the polaron in the graphene and topological insulator system by using the linear combination operator method. We will mainly the renormalization of the Fermi velocity and the gap opening mechanism for the graphene. Meanwhile, the optical polaron time will also discuss in the emission of optical phonon mechanism based on the Fermi's golden rule. On the other hand, we also study the influences of the temperature, the strength of electron-phonon coupling, the constant of deformation potential and the electrical and magnetic field on the properties of polaron and polaron time. Through the comparisons between our theoretical results and the existed experimental date, we can understand and masterthe basic properties of polaron effects in graphene and topological insulator further.

近些年发现的新型材料体系-石墨烯和拓扑绝缘体，由于其奇特而新颖的物理特性迅速成为凝聚态物理研究的热点。在这些材料体系中电子与声子的相互作用导致了电子与声子耦合整体的准粒子态形成，即极化子。这种极化子态对充分研究材料体系中的电子与声子耦合强度、光的吸收和发射、热散射输运及超导本质等是非常重要的。本课题拟针对这两种新型材料，利用线性组合算符方法对多种极化子态进行系统的研究。我们将重点讨论极化子效应导致的费米能级修正、石墨烯带隙的分开。同时，结合费米黄金规则，基于光学声子的发射，对光学极化子的寿命也进行深入的研究。另一方面，就外界温度、电子-声子耦合强度、形变势常数、电磁场等因素对极化子态的影响也将进行着重讨论。结合当前的这方面研究的实验数据，对理论结果进行系统分析，以达到对石墨烯和拓扑绝缘体中极化子效应的全面认识。

石墨烯是近些年发现的一种新型低维材料，由于其具有奇特而新颖的物理特性，有望在未来光电子器件中有重大应用，从而迅速成为凝聚态物理研究的热点。近年来的一些实验揭示了石墨烯材料的光电和输运性质会受极化子效应的影响，因此研究石墨烯中极化子的性质对其在未来器件的开发和应用等是非常重要的，具有重要的学术价值和可观的应用前景。. 本项目主要研究石墨烯中极化子的特性。具体内容为：（1）磁场对石墨烯中极化子性质的影响；（2）温度对石墨烯中极化子性质的影响；（3）类氢杂质对石墨烯中极化子性质的影响；（4）磁场、温度、电场和类氢杂质对量子点中极化子性质的影响；（5）磁场、温度、电场和类氢杂质对量子点量子比特性质的影响；（6）磁场、电场和温度对量子阱中极化子和量子比特性质的影响。. 课题组得到了一系列重要成果：石墨烯中极化子的性质会随着磁场、温度和类氢杂质的变化有明显改变；量子点、量子阱这些低维材料中极化子及量子比特的性质也会受磁场、电场、类氢杂质和温度的影响，此外，它们的性质还会受到低维材料的结构（如量子点、量子线和量子阱等）和其受限势（如抛物势、高斯势等）的影响。课题组公开发表学术论文34篇，其中32篇SCI、1篇EI，撰写一本专著。不仅较好的完成了原定的科研计划，还做了一定的扩展工作。这些成果将会为石墨烯材料的研究、器件的开发和新现象的机理分析提供理论依据和最佳的研制方案。