基于石墨烯的d电子属性Dirac系统中新奇量子现象的理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11304053
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Dirac system like graphene exhibits exotic quantum properties, which not only is an appealing model for fundamental physics but also implies wide applications. By combining first-principles calculations with tight-binding model, we investigate the intrinsic Dirac spectrum in transition metal (TM) intercalated epitaxial graphene on SiC(0001). Specially, we first illustrate the interactions among graphene, TM and SiC, as well as the roles they play in the formed d-electron Dirac spectrum. Its characteristics are compared with those dominantly composed of p electrons. We explore the dependence of the Dirac spectrum feature upon the TM properties, such as the outmost d-electron number and the vice quantum number; TM atoms distribution and the intercalated dose; structural defects or impurity, and so on. Second, according to the effects of the symmetries, TM population, d-electron character and spin-orbit coupling on the electronic structure, we construct an appropriate model Hamiltonian to mimic the interaction between SiC modulated TM d orbitals and graphene π states. We unravel the underlying mechanism of here obtained d-electron Dirac spectrum, and then study its response to the external applied mechanical, electric or magnetic field. Finally, based on these knowledge, we predict and well-interpret the relevant physical phenomena, especially those in terms of relativistic and spin-polarized effects arising from the unique d-electron character. We propose the means to manipulate and modulate the Dirac fermions as well as their spin for the ultimate design of the functional devices based on Dirac electrons.
以石墨烯为代表的Dirac系统展现出很多奇特的量子特性,具有深远的基础理论意义和广阔的应用前景。利用基于量子力学的第一性原理计算,结合凝聚态物理模型分析,对过渡金属插层的SiC外延石墨烯结构中本征存在的Dirac能谱进行理论研究:具体阐明石墨烯、过渡金属和SiC之间的相互作用及对Dirac能谱的内在影响,明确d与p电子属性Dirac能谱量子特性的异同,研究插层金属特征与系统Dirac能谱特性之间的依赖关系,如最外层d电子数目、壳层,金属空间分布、浓度,结构或异质缺陷等;分析体系的电子态特性与系统对称性、d电子布居和自旋轨道耦合作用之间的关系,建立有效模型,揭示d电子属性Dirac能谱产生的内在机理和对外力、电和磁场的响应,预言并解释相关的物理现象,尤其是d电子属性带来的独特相对论效应和自旋极化现象,提出改性和调控Dirac费米子及自旋的手段,最终设计出基于Dirac电子的功能性器件。

结项摘要

以石墨烯为代表的Dirac系统展现出很多奇特的量子特性,具有深远的基础理论意义和广阔的应用前景。在电子器件应用中需要将其置于半导体衬底之上并兼具良好的热学和力学稳定性。但是石墨烯和衬底之间的强的相互作用通常会损害石墨烯优异的线性能带结构。利用基于量子力学的第一性原理计算,结合凝聚态物理模型分析我们发现了一种强束缚石墨烯体系(石墨烯/过渡金属/碳化硅的三明治结构),呈现类石墨烯的能带结构。同时具有很好的结构稳定性(金属不团簇、不易氧化等)。基于该石墨烯基结构,我们还实现了100%自旋极化的狄拉克费米子(Dirac电子与磁性的结合)、非寻常的量子自旋霍尔效应(Dirac电子与自旋轨道耦合效应的结合)和利用半导体表面内建电场打开能隙。本质上,该体系中的狄拉克费米子源于石墨烯向过渡金属d电子的转移,因而展现出超越石墨烯自身的基础理论意义和更多潜在应用优势。理论层面:不同于石墨烯时的纯粹模型研究,该体系为狄拉克电子与强关联效应的结合——比如磁性、自旋轨道耦合效应等与线性狄拉克物理的融合研究提供了真实平台;应用层面:该体系能够获得本征磁性,易于实现磁调控和存储。再结合其本征的狄拉克费米子,具有同时实现逻辑运算与数据存储的巨大潜在优势。尤其是考虑到当下迟迟无法找到有效方法在石墨烯中打开能隙以获得足够高的开关比,用磁手段调控自旋极化的狄拉克费米子对于石墨烯基电子学的应用变得更有现实意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The design of d-character Dirac cones based on graphene
基于石墨烯的d字狄拉克锥的设计
  • DOI:
    10.1088/0953-8984/26/38/385501
  • 发表时间:
    2014-09
  • 期刊:
    J. Phys.: Condens. Matter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuanchang Li;Ying Fang
  • 通讯作者:
    Ying Fang
Theory of the Dirac half metal and quantum anomalous Hall effect in Mn-intercalated epitaxial graphene
锰插层外延石墨烯中的狄拉克半金属和量子反常霍尔效应理论
  • DOI:
    10.1103/physrevb.92.201403
  • 发表时间:
    2015-11-09
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Li, Yuanchang;West, Damien;Duan, Wenhui
  • 通讯作者:
    Duan, Wenhui
Tunable magnetic interaction in hydrogenated epitaxial graphene modulated by the SiC substrate
SiC 衬底调制的氢化外延石墨烯中的可调谐磁相互作用
  • DOI:
    10.1103/physrevb.92.205433
  • 发表时间:
    2015-11-30
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chen, Pengcheng;Li, Yuanchang;Duan, Wenhui
  • 通讯作者:
    Duan, Wenhui
Unconventional quantized edge transport in the presence of interedge coupling in intercalated graphene
插层石墨烯中边缘耦合存在的非常规量子化边缘传输
  • DOI:
    10.1103/physrevb.94.035147
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuanchang Li
  • 通讯作者:
    Yuanchang Li
Ferromagnetism and topological surface states of manganese doped Bi2Te3: Insights from density-functional calculations
锰掺杂 Bi2Te3 的铁磁性和拓扑表面态:密度泛函计算的见解
  • DOI:
    10.1063/1.4869146
  • 发表时间:
    2014-03-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Li, Yuanchang;Zou, Xiaolong;Zhou, Gang
  • 通讯作者:
    Zhou, Gang

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

李元昌的其他基金

以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料在清洁能源应用中若干关键物理问题的理论研究
  • 批准号:
    11674071
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

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]
      
关闭
close
客服二维码