关键词： 马约拉纳零能模   拓扑绝缘体   约瑟夫森结   超导量子比特  

摘要： 自从费曼上世纪80年代初提出量子计算机的概念后,很长一段时间内人们对于这一领域的研究仅停留在理论层面,直到近一、二十年来信息爆炸和摩尔定律就要走到尽头,促使量子计算的实验研究逐步发展了起来,如基于量子点的自旋量子比特的研究、基于超导约瑟夫森结的超导量子比特的研究、基于冷原子的量子比特的研究、基于金刚石NV色心的量子比特的研究等等。由于超导量子比特基于宏观量子效应,并且具有可扩展性的优点,使得在量子计算机的研究中,超导量子比特从规模上和保真度上都远优于其它形式的量子比特。然而超导量子比特的退相干时间和鲁棒性依然不够好,制约着超导量子计算的进一步发展。为了从根本上解决这一问题,人们提出基于非阿贝尔统计方法的拓扑量子计算原理,其中最关键的要点是寻找或者构建具有非局域简并态并且满足非阿贝尔统计的马约拉纳零能模。由于在拓扑量子比特中,存储信息的两个态是非局域的简并态,并且对信息的操作为拓扑量子比特的编织操作,故其有希望成为对局域微扰不敏感的量子比特。本文将介绍我们近几年在寻找马约拉纳束缚态方面的工作。本论文的主要内容如下:第一章:介绍了马约拉纳零能模的性质和近期国内外的研究进展。在凝聚态物理中由于拓扑概念的引入,使我们可以更好的理解材料边缘态的产生机制。2001年,Kitaev研究了一维无自旋的p波超导体,并证明了在这类超导体的端点处存在马约拉纳零能模。由于马约拉纳零能模具有非阿贝尔统计性质和可以用来构建拓扑量子比特,使其迅速成为研究热点。为了寻找马约拉纳零能模,人们从理论上预言了其一系列实验上可观测的性质,如量子化的零偏压电导峰、存在马约拉纳零能模下的超导岛的单电子态行为、存在马约拉纳零能模的约瑟夫森结的分数约瑟夫森效应和微能隙完全关闭等行为。近几年这些理论现象也都在不同实验体系下被人们所观测到。然而马约拉纳零能模存在着准粒子中毒现象,为了能够在实验上直接测量出马约拉纳零能模的非阿贝尔统计性质,最近人们开始用快速的高频测量技术去测量马约拉纳零能模耦合后宇称的变化,希望能通过这种方式测量出系统的宇称,从而证明马约拉纳零能模的非阿贝尔统计性质。第二章:介绍了样品的生长和转移技术。我们运用Bridgman方法生长了高质量的Bi2Te3块材,运用蒸汽-液体-固体（VLS）方法生长出(Bi1-xSbx)2Te3纳米线,并且介绍了如何将生长出来的纳米线转移到基片上特定的位置。这为下一步制作器件提供了良好的基础。第三章:介绍了用接触电极探测基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结的微能隙结构。由于在真实世界中难以寻找到px+ipy的超导体,Fu和Kane在2008年提出在拓扑绝缘体的表面制作超导约瑟夫森结,通过低能近似有效模型可以将约瑟夫森结的微能隙描述成两个马约拉纳态的相互耦合,仅在超导相位差为?时,由于两支马约拉纳态不再耦合,约瑟夫森结的微能隙为零。我们通过测量正常金属电极的接触电阻,对基于拓扑绝缘体的约瑟夫森结的微能隙进行了测量,得到了与Fu和Kane理论上相同的结果,直接证明了低能哈密顿量的正确性,同时间接证明了这个系统存在着马约拉纳态。当两个超导体相位差为?时,约瑟夫森结区才能看成是自由的马约拉纳态,且这种马约拉纳态不是局域的。为了寻找局域的马约拉纳零能模,我们又进一步在拓扑绝缘体上制作了约瑟夫森三结,并用接触电阻的测量方法测量了约瑟夫森三结处的微能隙,直接得到了与Fu和Kane理论预言相同的三结相图,从而证明了在约瑟夫森三结中心点处存在着局域的马约拉纳零能模。第四章:介绍了我组对通常超导量子比特和基于拓扑绝缘体的超导量子比特的实验研究情况。为了能快速的测出存在马约拉纳零能模系统的宇称,进一步证明马约拉纳零能模系统存在着非阿贝尔统计性质,我们结合当今发展迅速的超导量子比特的实验技术,制作了基于拓扑绝缘体的超导量子比特,并对其做了基本表征。为进一步快速测量系统的宇称提供了实验基础。第五章:本论文的总结和展望。

关键词： Bi2O2Se薄膜   超流空间分布   边缘态   Bi2O2Se纳米线   相干表面态  

摘要： 寻找具有优异电子输运性质的新型低维半导体材料,不仅对于实现工业应用中的纳米尺度器件很有吸引力,而且也是作为强自旋轨道耦合系统基础研究的理想平台。最近,一种新型的层状氧化物半导体Bi2O2Se,由于其卓越的电子性能、超高迁移率、环境中的高稳定性和适当的能隙而备受关注。本论文通过对Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的极低温量子输运研究,展示了Bi2O2Se在复合超导器件的构建及未来量子电子学等方面的远大应用前景。其主要内容包括:第一章:简要介绍Bi2O2Se的材料性质以及相关的输运实验和理论背景。然后,介绍了本文的研究动机。第二章:简要介绍了高质量Bi2O2Se纳米薄片和纳米线的生长以及随后的器件制备方法和过程。第三章:我们基于这种新型且具有强自旋轨道耦合的半导体材料Bi2O2Se纳米薄片构建了邻近型约瑟夫森结。通过门电压调控,我们不仅可以实现超流的关闭和打开,同时还可以调控超流在实空间中的路径。鉴于这些出色的性质并结合强自旋轨道耦合,我们的工作表明Bi2O2Se可以作为研究众多新奇物理现象的理想平台。第四章:我们开展了一种新型半导体材料Bi2O2Se纳米线的低温电子传输研究,意外地观察到随纵向磁场、可门电压调控的h/e周期性电阻振荡,证明了Bi2O2Se纳米线中存在一种新奇的准弹道且相位相干的表面态。数值计算的态密度与实验数据高度吻合,阐明了其产生机制是基于纳米线圆周方向形成的一维子能带,而不是通常认为的Aharonov-Bohm干涉。同时,我们也提出了基于能带弯曲的物理图像去定性地描述该表面态的产生。第五章:总结和展望。

关键词： 氨基化碳量子点   生物物质   药物分子   传感器  

摘要： 碳纳米材料在电学、力学以及机械性能等方面表现突出,因此在许多领域存在良好的应用前景,而碳基复合材料是实现其应用价值的有效手段。本论文利用碳量子点（CQDs）具有高比表面积、高催化活性以及多活性位点等优势,制备了基于NH2-CQDs的复合材料,并将其修饰电极应用于生物小分子抗坏血酸（AA）,药物分子阿奇霉素（Azi）、磷酸奥司他韦（OP）、槲皮素（Que）和氧化酶的常见酶产物过氧化氢（H2O2）的电化学检测。主要研究内容如下:（1）在第二章中,通过水热法合成了氨基化碳量子点（NH2-CQDs）,并将其用于抗坏血酸（AA）的电化学检测,该传感器对AA表现出较好的选择性和稳定性,检测的线性范围为:10.0～1000.0μM,检出限为2.7μM（S/N=3）。AA与NH2-CQDs之间通过氢键和光诱导电子转移达到荧光淬灭的效果,从而可实现对AA的检测。NH2-CQDs荧光传感器对AA检测的浓度线性范围为10.0～100.0μM,检出限为57.0 nM（S/N=3）。该荧光传感器表现出可靠的选择性和稳定性。将基于NH2-CQDs的荧光传感器用于检测维生素C药片中AA的含量,得到较好的结果。（2）在第三章中,利用简便的方法合成了氨基化碳量子点与二硫化钼（NH2-CQDs/MoS2）的复合材料。通过透射电镜（TEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射技术（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（FTIR）等对复合材料进行表征。在铁氰化钾/亚铁氰化钾(K3Fe（CN）6/K4Fe（CN）6)溶液中检验NH2-CQDs/MoS2修饰电极的电化学性能,结果显示,NH2-CQDs/MoS2/GCE的响应信号比裸GCE、NH2-CQDs/GCE和MoS2/GCE都强,说明NH2-CQDs/MoS2的导电性更强,具有作为电化学传感器的潜力。将其用于阿奇霉素（Azi）、磷酸奥司他韦（OP）和槲皮素（Que）的电化学检测。检测的线性范围为1.0～10.0μM（Azi）、1×10-81×10-3 M（OP）和100.0～1000.0μM（Que）,检出限分别是22.89 nM（Azi）、1.79nM（OP）和4.9μM（Que）(S/N=3)。NH2-CQDs/MoS2电化学传感器对这三种药物分子均表现出良好的稳定性和选择性。（3）在第四章中,利用简便的方法合成了氨基化碳量子点与二氧化锰（NH2-CQDs/MnO2）复合材料。用TEM、EDS、FTIR、XRD、和XPS等表征技术对其进行了表征。通过循环伏安法（CV）以及电化学交流阻抗谱（EIS）在K3Fe（CN）6/K4Fe（CN）6溶液中表征电极的电化学行为。将NH2-CQDs/MnO2修饰电极用于在pH=7.5时电化学检测H2O2,其线性浓度范围为1.25～18.4 mM,检出限计算得到11.86μM（S/N=3）,并成功在自来水中检测过氧化氢。

关键词： 量子输运   石墨烯   黑磷烯   谷电子学   Goos Hanchen位移   Andreev反射  

摘要： 随着半导体与工程制造技术的进步,电子设备正在朝着更小,更高集成化方向发展。晶体管缩放技术可实现在芯片上放置更多电子器件,有效地减少电子器件的制造成本。根据某些方法减小晶体管尺寸,使用较小的晶体管,实现成本低、集成率高、工作效率高的芯片是目前电子器件发展的大势所趋。 就目前而言,人们已经获得了纳米级材料的制造和工程设计能力。当电子器件的尺寸小到一定程度,进入介观或者纳米尺寸的时候,经典的电磁理论不再适用于描述器件的输运特性。此时电子器件的性质,特别是输运性质,需要应用量子力学进行理解。 除了电子技术的发展,新型材料与材料在不同维度下不同性质的研究也在同步进行中。其中,单原子二维材料,包括石墨烯和黒磷烯等,是这方面的研究热点。这些新兴二维材料具有有趣的物理性质,使得它们在新型电子器件、光电器件、力学纳米器件等方面有广阔的应用前景。 本论文着重研究二维材料,特别是基于石墨烯与黑磷烯所形成的导电结的量子输运性质。论文主要分成七章,每一章内容大致如下: 第一章首先介绍二维材料量子输运的研究背景;其次,我们引入量子输运的适用范围,即材料中电子的平均自由程必须大于材料尺寸;最后重点介绍了石墨烯与黒磷烯的制造方法以及它们的电子性质。 第二章主要介绍量子输运的一些基本概念,包括流,透射率与反射率及这些量的数值计算方法。本论文重点介绍了两种不同的数值计算的方法:模式匹配法与格林函数法。虽然两种计算方法存在不同之处,但它们都可用于处理薛定谔方程,并没有本质的区别。 第三章介绍了十字形石墨烯纳米带导电结的谷电子输运与谷极化现象。十字形导电结包含两根单层扶椅型电极与两根单层锯齿型电极。当电子由其中一根扶椅型电极入射到双层的散射区时,会受到散射区的调制作用,最终由其他电极射出。从锯齿型电极出射的电子可以形成两种不等价的谷电导,并据此可以计算出导电结谷极化强度。我们还发现,通过对双层散射区加入垂直电场,能对谷极化率进行有效调控。 第四章我们讨论石墨烯单层-双层-单层纳米带导电结中的谷电子输运现象,重点研究Fano共振效应对电子谷间散射的影响。该导电结中,Fano共振效应使得在某费米能量下,出现电子的谷间散射远大于谷内散射的现象。基于此现象,我们认为这种石墨烯导电结可以用于设计能谷转换器。 第五章主要讨论黒磷烯导电结在不同输运方向的输运性质,并在同一个模型下讨论不同输运方向下的Goos Hanchen位移现象。由于黒磷烯中扶椅型方向与锯齿型方向的元激发分别类似于狄拉克准粒子和薛定谔准粒子,所以不同输运方向形成的导电结输运性质不同。 第六章我们首先介绍了 BCS理论和六边形二维材料的赝宇称性等一些基本知识,并在此基础上进一步讨论基于黒磷烯纳米带的正常-超导导电结中的Andreev 反射。 第七章,我们对本论文进行总结。

关键词： 量子点   低维半导体结构   半导体纳米材料   各向异性   光电检测  

摘要： 量子点链材料具有将电子限制在一维空间内的特性并且具备类量子线的特征,这使得量子点链相对于其他材料来说具有许多优势。本论文工作是对InGaAs量子点链材料在形貌、光电性质、发光特征及应力等方面的各向异性进行研究。我们主要通过系统的研究方法和实验方法理解不同生长参数对量子点链的生长过程以及各向异性特性的影响。主要研究内容和研究结果如下:(1)研究了不同生长温度下得到的InGaAs/GaAs量子点链材料的各向异性特征。较低温度下(485oC)生长的样品,量子点随机排布,呈现各向同性特征。随着生长温度升高,样品表面的量子点形成排布有序链状结构,各向异性增强,温度进一步升高,其形貌各向异性会有一定程度的削弱,在这个过程中,量子点链的形成及链内量子点之间的耦合造成载流子沿着成链方向的隧穿和转移,使得量子点链具有独特的各向异性光电特性。拉曼光谱分析表明,随着生长温度的升高,InGaAs量子点TO和LO两个声子峰均出现不同程度的红移现象,这是由于生长温度升高的过程中,晶体的热膨胀导致原子间距发生变化并提高了生长过程中原子的扩散速率,导致声子频率降低,拉曼峰位向低波数移动,同时引起拉曼峰展宽。变激发功率PL谱测量结果表明,在量子点链成链[01-1]方向上存在量子点之间的耦合和载流子转移,这是量子点链结构特有的各向异性特征,这一过程随着样品生长温度的升高而变化,即与量子点空间有序特征的各向异性相关联,这一过程同样影响量子点链样品PL谱的峰位及半高宽随测试温度的变化。通过TRPL测量和对量子点荧光寿命的拟合,进一步揭示了量子点链内载流子的各向异性运输过程。随着生长温度的升高,样品的荧光偏振度出现先上升后下降的现象,这与样品在形貌及微电子等方面的表现是相符的。(2)研究了不同In组份的InGaAs/GaAs量子点链材料的各向异性特征。由于晶格失配与两种结构之间存在的应力成正比,而In含量的增加会加大InGaAs与GaAs的晶格失配,并增大量子点生长过程中的应力作用,进而影响量子点的横向排序,造成量子点链结构的各向异性增强。RSM结果表明较高的铟组份会增强InGaAs层的应力各向异性。变激发功率测量得到的稳态PL谱结果表明,随着In含量升高,成链方向上量子点间的耦合作用增强,量子点成链对样品发光的影响也就越明显。通过变温PL测试,可以得出In含量较高的样品热激活能较低,这说明量子点链内部载流子隧穿和转移需要克服的势垒较低,载流子的输运具有各向异性特征,这同样影响到载流子的的热激发和再布居过程及量子点链样品的荧光辐射寿命。

关键词： 氮掺杂石墨烯量子点   透明质酸   吲哚美辛   叶酸   癌症细胞荧光诊断材料  

摘要： 制备具有生物相容性和对癌细胞精准识别的荧光探针材料是荧光诊断领域研究的热点之一。石墨烯量子点(GQD)发射强烈的荧光并且尺寸较小有利于细胞的胞吞和胞吐,在荧光诊断领域有很大的发展前景。GQD具有“分子状”特征,可以进行适当的官能化和表面接枝,这样一方面使其光电性质可调,另一方面可以与其他物质结合扩大应用。此外,石墨烯量子点的低细胞毒性、更高的溶解度、化学惰性,均有助于石墨烯量子点在传感器、光电或生物成像上的应用。与其他小分子探针材料相比,石墨烯量子点具有良好的生物相容性,因此本文选用石墨烯量子点作为荧光探针的基底材料。本论文旨在进一步拓展石墨烯量子点在癌细胞荧光诊断领域的应用。癌细胞的表面具有过度表达的叶酸受体、CD44以及环氧合酶-2等。这种过度表达在正常细胞中是不出现的。因此可以用叶酸、透明质酸以及吲哚美辛作为靶向基团,达到对癌细胞精准识别的目的。本文首先对石墨烯量子点进行氮掺杂,将氨基引入其中,使其可以与叶酸、透明质酸以及吲哚美辛通过酰胺键的方式结合。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)等表征方法对掺氮石墨烯量子点及其结合物的分子结构、微观结构以及光学性能等深入分析。其次,将合成的三种结合物作为荧光诊断材料与癌细胞培养后,通过激光共聚焦显微镜验证该类结合物能够精准识别癌细胞。最后,探究细胞与材料共同培育的时间、氮掺杂含量、pH值等因素对荧光诊断的影响。本论文的研究内容分为以下三个方面:一、制备了叶酸功能化氮掺杂石墨烯量子点,并将其作为乳腺癌MCF-7细胞的荧光诊断材料。首先以柠檬酸为碳源,二乙胺为氮源,通过水热法制备了氮掺杂石墨烯量子点(N-GQD)。改变二乙胺的用量可有效控制氮掺杂的含量。然后,将氮掺杂石墨烯量子点通过酰胺键与叶酸结合。随着氮含量的增加,石墨烯量子点给叶酸提供了更多的结合位点(N-H键)。XPS数据也表明掺氮量最多的石墨烯量子点结合了最多的叶酸,叶酸增多能促进癌细胞的识别和吞咽。激光共聚焦扫描显微镜照片显示用该材料标记的癌细胞发出更强的荧光。毒性测试表明该材料具有低细胞毒性,使其在荧光探针领域具有广泛的前景。二、所制备的蓝色的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQD),表现出pH敏感特性。pH值在1.0到14.0的范围内,N-GQD的荧光强度随着pH的增加而显著增加。N-GQD通过酰胺键与透明质酸结合,在不同pH反应环境中对酰胺键的形成有一定的影响。XPS和FT-IR数据表明,碱性环境能更好地促进酰胺键的形成,N-GQD能结合更多的透明质酸。激光共聚焦扫描显微镜观察表明结合更多透明质酸的氮掺杂石墨烯量子点更有利于细胞通过胞吞作用进入细胞体内,显示出更强的荧光。透明质酸结合掺氮石墨烯量子点具有良好的生物相容性,可以识别人乳腺癌细胞(MCF-7细胞)。三、通过酰胺反应合成了氮掺杂石墨烯量子点功能化吲哚美辛(N-GQD-IDM),将其与MCF-7细胞共培养,在激光共聚焦扫描显微镜下观察到明显的荧光。通过对比材料与癌细胞共同培育3小时和6小时所拍摄的激光共聚焦显微镜图片,显示随着孵育时间的增加,荧光材料在细胞中大量积累,细胞的荧光强度显著增强。说明随着培育时间的延长,细胞通过胞吞作用不断地将N-GQD-IDM吞入细胞内部。氮掺杂石墨烯量子点功能化吲哚美辛可以作为有前景的癌细胞诊断材料。

关键词： 石墨烯   层状材料量子点   光电探测器  

摘要： 石墨烯具有优异的电学、光学、机械特性,基于石墨烯的光电探测器得到迅速的发展。然而,原子级厚度的石墨烯吸光度低且缺乏增益机制,这限制了石墨烯基光电探测器的性能。层状材料量子点具有良好的光吸收,能带隙可调等优点。构建层状材料量子点/石墨烯复合结构不仅可以提高石墨烯的吸光度,而且具有良好的电荷分离能力,从而可提高石墨烯光电探测器的响应度。探头超声剥离法是一种有效制备层状材料量子点的方法,该方法的关键在于剥离材料时溶剂的选择。本论文中,我们为了减少有机化学基团对量子点表面的修饰和有机试剂对环境的影响,选择了环保型溶剂,改进了制备条件,成功在去离子水/乙醇混合溶液中合成了SnSe量子点,在纯去离子水中合成了SnSe2量子点。我们构建了SnSe量子点/石墨烯复合结构多波长响应光电探测器,器件对405 nm,532 nm,785 nm的光辐射具有明显的光电响应。器件在405nm的光照下,最大响应度可达1.5×10～7mAW-1。器件在785 nm的光照射下,最快光电响应时间为9.5 ms。我们还构建了SnSe2量子点/石墨烯复合结构硅基与PET柔性衬底的紫外光电探测器。硅基器件在405 nm的光照射下,最大响应度可达7.5×10～6mAW-1,光电响应时间为0.31 s。PET柔性衬底器件的光电响应时间为0.26 s,其最大响应度可达1.8×10～6mAW-1。柔性器件重复弯曲100次之后,其响应度为1.5×10～6mAW-1,探测器的性能较稳定。层状材料SnSe2和SnSe量子点与石墨烯结合起来,增强了石墨烯的光吸收率并提高了石墨烯器件的光谱响应速度,从而提高了石墨烯光电探测器的性能。

关键词： 多重外尔半金属   量子杂质   环形结半金属   量子输运   线性电导  

摘要： 在过去几年中,拓扑半金属材料引起了大量研究人员的注意。这类材料让我们对拓扑相的探索超出了过去拓扑绝缘体和拓扑超导体的范畴。所谓的半金属系统,指的是系统的导带和价带之间虽然没有能隙,但是能带的接触处态密度为0的系统,而拓扑半金属系统中的导带和价带在k空间的接触处还有鲁棒性,不容易因为小的外界扰动而打开能隙。在狄拉克半金属外尔半金属系统中,导带和价带的接触是若干离散的点,而在环形结半金属系统中,能带的接触是一个封闭的环。除此之外,还有二维半金属系统,它们存在于三维拓扑绝缘体材料的边界上或一些薄膜材料中。这些类型的系统大都在实验上或者通过第一性原理计算被找到。本文主要研究了多重外尔半金属、环形结半金属和双层二维半金属系统。第二章中,本文利用变分波函数法研究了不同陈数J的多重外尔半金属中自旋1/2磁杂质的近藤效应。我们发现对于不同的陈数J,在空间反演对称性存在破缺的情况下,杂质和基质材料电子之间的束缚能总是正的,即,系统总是倾向于形成束缚态。并且,对于更大的陈数J,形成的束缚态更加稳定。由于自旋-轨道耦合的缘故,杂质和传导电子的自旋-自旋关联函数各分量的空间分布Juv(r)(u,v=x,y,z)显示出强烈的各向异性。同时,因为色散关系的各向异性,自旋-自旋关联函在不同方向上的衰减行为也有不同。在J=2和J=3的情况下,自旋-自旋关联函数展示出与J相关的对称性。另外,Jxx和Jyy,以及Jxy和-Jyx之间通过一个π/(2J)旋转相关联。第三章中研究了多重外尔半金属中电子通过方势垒的单粒子散射问题。因为系统的各向异性,电子的散射性质和势垒的方向有关。对于不同的J,垂直方向上的波矢k⊥和其对应的概率流密度j⊥满足关系j⊥∝(k⊥2J-1。在势垒垂直于z轴的情况下,我们发现完全透射角由势垒宽度和入射电子德布罗意波长的几何共振决定。在z方向上,当势垒高度和化学势相等时将出现电导极小值Gmin,并且它和势垒宽度L之间存在关系Gmin ∝1/L1/J。和z方向不同的是,在势垒垂直于x轴的情况下,透射概率的角分布不再是旋转不变的。对于J=2的双重外尔半金属,垂直入射的电子的透射率随着势垒宽度L的增加迅速减小到0,这和经典的非相对论性粒子的情况非常相似。有趣的是在J=3的三重外尔半金属中,垂直入射的电子始终能完全穿透势垒,这和外尔半金属(J=1)时的情况非常相似。第四章利用变分波函数法研究了拥有闭合曲线能带接触的环形结半金属中自旋1/2磁杂质的近藤效应。我们发现当费米面位于环形结时(μ=0),只有当杂质和基质材料之间的相互作用强度足够大时,杂质才能和传导电子形成束缚态。而当费米面离开环形结,形状成为环面或鼓形时,则总是倾向于形成束缚态。和多重外尔半金属一样,杂质在环形结外尔半金属的自旋-自旋关联函Juv(r)(u,v=x,y,z)的衰减也存在各向异性,在不同方向的长距离上随距离增加分别呈1/|r|2和1/|r|3衰减。x3Juu(x)和z2Juu(z)都在空间振荡,且振荡周期随着费米面从环面变成鼓形而逐渐增大。第五章中研究了双层二维半金属系统中的安德森杂质问题。这个系统可能出现在不同类型的拓扑绝缘体的边界或者某些双层的薄膜结构中。当两层系统之间存在相互作用时,能隙便会打开,得到一个类似绝缘体的能带结构。如果费米面位于能隙中,则近藤屏蔽效应只有在杂质和体系的耦合超过一个临界值时才会发生。如果费米面处态密度不为0,则杂质总是倾向于和体系的电子形成束缚态。杂质与传导电子的自旋-自旋关联函数Juv(r)(u,v=x,y,z)仍然保持各向异性,并且和单层时的情况相差很大。相比单层的时候,杂质和两层材料各自的自旋关联函数都因层间相互作用的存在而发生变形。当耦合强度相同时,总的自旋-自旋关联函数主要决定于费米速度小的那一层。并且,即使磁杂质仅和一层半金属发生相互作用的情况下,它和另一层的自旋-自旋关联函数也不会为0,其中某些分量在杂质周围是铁磁关联的。在安德森杂质的自旋-自旋关联函数计算过程中,本文利矩阵运算法则和哈密顿量是厄米矩阵,其对角化矩阵为幺正矩阵的特性,将计算过程标准化,使得整个计算推导过程相比以前的同类研究更加简洁清晰明了。

关键词： 北京大学   材料科学  

摘要： 北京大学量子材料科学中心(简称"量子中心")成立于2010年。作为一个全新的科技创新平台,量子中心不断改革与完善管理模式和工作方式,通过构建国际前沿的实验设施以及引进国际先进的研究技术,致力于营造国际化的学术创新环境,并力争成为国内领先、国际一流的物理学研究教学平台,打造一个适合物理学基础研究的开放型学术基地,培养一支具有国际影响力的研究团队,推进以量子科学为基础的高新技术的发展。量子中心一直着力于人才队伍建设,面向全球招聘教学科研人员,成功引进了一批拥有国际知名度的海内外专家以及众多活跃于国际研究前沿的年轻学者。量子中心目前已有全职教学科研人员29人(包括中国科学院院士2人)、在读研究生151人,培养博士后53人。

摘要： 几十年来,新奇的量子现象和效应跨越了多种空间维度、时间尺度以及不同的材料体系,它们的'到来'提升了人类对微观世界的认知,也从根本上改变了能源、信息和材料这三大当代科技支柱的原有理论框架与研发模式.但在将量子力学向固体等具体材料性质的应用过程中,人们更多关注的是电子的量子属性,对于原子核运动的描述,往往还停留在经典力学的层面,或虽引入量子效应但仅进行简单的简谐处理.在多数情况下,原子核对电子结构的影响是被忽略的.