自旋Hall效应及其相关量子现象的第一原理计算研究

在现有的晶体管工作原理之下，由于能耗问题无法根本解决，集成电路技术已接近极限。克服这一危机的可能途径之一是运用电子的自旋自由度，而不是电荷本身。张首晟教授和他的合作者2003年在SCIENCE 上发表文章，从理论上预言了一种新的物理现象，自旋Hall效应，并建议运用这种无耗散的自旋流来传递信息,这个理论预言已经为两个实验初步证实。这是具有重大意义的科学创新,具有非常重要的潜在应用前景。用此原理构造的半导体器件可能解决半导体的能耗问题，并可以实现利用电场来产生和控制自旋。我们将利用基于第一原理计算的方法，对实际材料中的自旋Hall流及其相关量子现象进行研究。由于基于第一原理的计算方法，不依赖于任何经验参数，可以考虑材料的实际能带结构。通过此项目，我们将深入研究自旋Hall效应的物理机制，建立实验和解析理论研究之间的桥梁，同时为新自旋量子现象的探索、新型半导体功能材料的设计提供指导作用。