拓扑绝缘体的陀螺应用理论研究

The metastability of rotation sensing matter in a nonintrinsic confinement potential has been one major obstacle to the development of gyroscopes towards high accuracy. To demonstrate that the realistic topological insulator materials may be one potential solution to the obstacle mentioned, the project will conduct theoretical research as follows:.(1)The gyro mechanics in a HgTe/CdTe quantum well governed by the interplay between rotation and two-dimensional spin-orbit coupling, using modified Bernevig-Hughes-Zhang model..(2) The manipulation method of maintaining the gyro mechanics or building new ones in a HgTe/CdTe quantum well with magnetics impurities or the edge reconstruction induced by smooth edge potential.

人造束缚势中工作介质的亚稳定性是阻碍陀螺仪向高精度发展的的原理性难题。本项目拟从陀螺机理模型和陀螺机理鲁棒性两方面建立起具有应用价值的拓扑绝缘体陀螺理论，为高精度陀螺仪研究提供新思路。主要研究内容是：.（1）在二维自旋-轨道耦合主导的HgTe/CdTe量子阱材料中，以转动修正Bernevig-Hughes-Zhang模型为基础，建立定量标度关系，并阐明产生定量标度关系的物理机制，给出陀螺功能的角速度测量方程。.（2）考虑HgTe/CdTe量子阱材料中常见的磁性杂质、平滑边缘势等缺陷，研究近藤交换相互作用或边缘重构系统中能够保护陀螺机理的参量控制方法或新物相，进而阐述陀螺机理在缺陷系统中的鲁棒性。

本项目基于超冷原子量子模拟系统，提出了含转动相互作用修正的拓扑绝缘体系统理论模型，建立了陀螺机理模型，并在磁性杂质参杂、平滑边缘势等缺陷系统中，预测可以通过空穴、磁性杂质参杂等参数控制方法及近藤单重态拓扑绝缘相，有效的保护陀螺机理，实现更为鲁棒的转动角速度测量。同时，本项目将拓扑绝缘体量子模拟的相关实验技术应用于惯性测量，在外场应用环境中，有效提升了重力测量的精度和鲁棒性，推进了相关技术在地球物理研究领域的成果转化。