拓扑绝缘体的磁性调控及自旋注入研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11174054
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    68.0万
  • 负责人：
    乔山
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    A20.凝聚态物理
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

自旋电子学（spintronics）器件可以通过与电子自旋相关联的量子效应产生一些新奇的功能，其应用前景及重要性可以由刚刚获得诺贝尔物理学奖的巨磁电阻效应（GMR，一种典型的自旋电子学效应）得到说明。电子自旋注入是实现自旋电子学功能的基础。最近发现的拓扑绝缘体是物质的一种崭新状态。它的体电子状态是绝缘态，但是其表面是受拓扑保护的金属态。更重要的是，由于强烈的自旋轨道耦合作用，此表面态中电子的自旋方向由电子的运动动量方向所决定，向一定方向运动的电子具有确定的自旋取向，即其表面上有100%自旋极化的电子流。这种特性决定了拓扑绝缘体是实现电子自旋注入的理想材料。本课题将开展对拓扑绝缘体磁性的调控研究并进行基于拓扑绝缘体的自旋注入研究。本课题的开展有望拓宽我们对拓扑绝缘体的磁性质之了解，奠定拓扑绝缘体在自旋电子学中应用的物理基础并观测到一些奇特物理学新现象。

结项摘要

在拓扑绝缘体中引入铁磁性以打破时间反演对称性可以实现量子反常霍尔效应等新奇的拓扑量子现象。为此，我们开展了对拓扑绝缘体磁性的调控研究。通过调整提拉法制备Bi2Se3单晶时Bi和Se的配比，我们实现了对Bi2Se3单晶中载流子浓度的调控。在高载流子浓度样品中，我们发现了量子霍尔效应且量子电导与样品中范德瓦尔间隙数成正比。我们的发现首次给出了拓扑绝缘体中界面态的量子霍尔效应。其他研究组在Cr0.2Sb1.8-xBixTe3薄膜中发现了不随载流子浓度变化的铁磁性。为了验证这种特性是否是表面态的独特性质，我们测量了Cr0.2Sb1.8-xBixTe3单晶的结构、磁性及输运特性。结果显示，居里温度随载流子浓度的变化而变化，且p-d交换相互作用也随着载流子浓度的变化而改变。居里温度与载流子浓度及p-d交换相互作用的依赖关系可以很好地用RKKY模型进行拟合，显示Cr0.2Sb1.8-xBixTe3晶体的体电子态对应的磁性产生机制仍然是RKKY相互作用。利用XAFS方法，我们测量了磁性掺杂拓扑绝缘体中磁性杂质的近邻结构，首次观察到了杂质周围的剧烈结构弛豫。我们的结果为理论工作者进行理论计算时构建结构模型提供了基础信息。我们通过XMCD测量研究了铁磁性拓扑绝缘体中的铁磁性产生机制。通过XMCD测量和第一性原理计算，我们首次发现：在Cr掺杂(Sb,Bi)2Te3体系中，不仅Cr具有铁磁结构，Sb和Te也具有铁磁结构，且Cr磁矩与Sb磁矩平行，与Te磁矩反平行；直接交换相互作用导致Cr与Te的反平行耦合，P-d交换相互作用导致了Cr与Sb及Sb间的平行耦合；长程铁磁耦合由母体中的p态空穴产生，且Sb(Te) p和Cr d 电子状态的相互作用甚为关键。我们的研究首次给出了量子反常霍尔体系中铁磁性的产生机理，为进一步提高量子反常霍尔效应的实现温度奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Phase Transformation and Lithiation Effect on Electronic Structure of LixFePO4: An In-Depth Study by Soft X-ray and Simulations
LixFePO4 电子结构的相变和锂化效应：软 X 射线和模拟的深入研究
  • DOI：
    10.1021/ja303225e
  • 发表时间：
    2012-08-22
  • 期刊：
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子：
    15
  • 作者：
    Liu, Xiaosong;Liu, Jun;Yang, Wanli
  • 通讯作者：
    Yang, Wanli
Large magnetic moment of gadolinium substituted topological insulator: Bi1.98Gd0.02Se3
钆取代拓扑绝缘体大磁矩：Bi1.98Gd0.02Se3
  • DOI：
    10.1063/1.4729056
  • 发表时间：
    2012-06-11
  • 期刊：
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Song, Y. R.;Yang, Fang;Jia, Jin-Feng
  • 通讯作者：
    Jia, Jin-Feng
Design of a high flux VUV beamline for low energy photons
低能光子高通量 VUV 光束线设计
  • DOI：
    10.1088/1674-1137/39/4/048001
  • 发表时间：
    2014-06
  • 期刊：
    Chinese Physics C
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Ye Mao;Shi Tan;Chang Rui;Qiao Shan
  • 通讯作者：
    Qiao Shan
Design and performance of the APPLE-Knot undulator.
APPLE-Knot 波荡器的设计和性能
  • DOI：
    10.1107/s1600577515006062
  • 发表时间：
    2015-07
  • 期刊：
    Journal of synchrotron radiation
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Ji F;Chang R;Zhou Q;Zhang W;Ye M;Sasaki S;Qiao S
  • 通讯作者：
    Qiao S
Design of a multi-channel spin polarimeter
多通道自旋旋光仪的设计
  • DOI：
    10.1088/1674-1137/39/3/039001
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Chinese Physics C
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Ji Fu-Hao;Ye Mao;Wan Wei-Shi;Qiao Shan
  • 通讯作者：
    Qiao Shan

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其他文献

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乔山的其他基金

基于二维电子自旋分析器阵列的超高效率自旋分辨光电子谱仪
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    11027401
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    2010
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    150.0 万元
  • 项目类别：
    专项基金项目
单层石墨Rashba效应的产生机制研究
  • 批准号：
    10979021
  • 批准年份：
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  • 资助金额：
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  • 项目类别：
    联合基金项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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