拓扑量子边界态和界面态的输运性质研究

We present a systematic study of the transport properties of the topological quantum states in graphene systems under an electric or magnetic field. Firstly, we investigate the transport properties of edge states and interface states in graphene systems under a periodical electric or magnetic field, and the transport properties of multilayer graphene under a tilted magnetic field. Secondly, we study the time-reversal-symmetry-broken quantum spin Hall effect in graphene. When the spin-orbit coupling is considered, we study the transport properties of the interface state where different topological phases emerge on the both sides of the interface. 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 quantum transport properties and the topological phase transition. The proposed tunable topological phases also have potential applications in spintronic devices.

本项目将系统地研究石墨烯系统在电场和磁场调控下的拓扑量子态的输运性质。首先研究石墨烯系统分别在周期性电场和磁场作用下，其边界态和界面态的输运性质，以及非垂直磁场对多层石墨烯的输运性质的影响。其次，研究无时间反演对称性下石墨烯系统的量子自旋霍尔效应，以及考虑自旋轨道耦合情况下，不同拓扑态界面处的输运性质。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输运性质和相变行为有着重要意义。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以及硅烯电场和磁场调控下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石墨烯和硅烯系统中拓扑相的影响，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，石墨烯系统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。