新型拓扑声子效应与拓扑声子材料的理论探索

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874035
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A20.凝聚态物理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Recently physical concepts of topological states of quantum matter have been introduced into phononic systems, leading to the emergence of a new research direction—topological phononics, which utilizes novel quantum degrees of freedom (like Berry phase, pseudospin and topology) for controlling phonons in unprecedentedly new ways. The research of this emerging field is of crucial importance to develop fundamental theory and practical applications for future phononics. However, despite some early preliminary findings, only very limited types of topological phononic states have been discovered until now. Moreover, current research predominately focused on studying theoretical models, but little progress has been achieved in finding desirable real materials for experimental research. In this context, our project is aim to solve the above key scientific problems of the cutting-edge field, based on our own previous progresses of this field. We plan to perform theoretical works on the following three aspects: 1) Explore novel topological quantum states of phononic systems, especially those phononic states with no need of breaking time reversal symmetry, protected by crystalline symmetries, easily realized in real solid-state materials, and characterized by two- or three-dimensional nontrivial topological invariants (e.g. topological insulator-like states, topological Dirac or Weyl semimetal-like states); 2) Study the interplay of symmetry and topological phonons together with the influence of symmetry breaking, explore exotic topological quantum effects of phonons and further try to design promising device applications; 3) In combination with first-principles material simulation, predict real material systems that host topologically nontrivial phononic states, and provide useful guidance for following experiments and applications.
拓扑量子物态的物理概念最近被引入声子体系,由此演生出一个新兴研究方向—拓扑声子学,即利用Berry相位、赝自旋、拓扑等新奇量子自由度实现全新的声子操控,对未来声子学基础理论与器件应用的发展有重要意义。目前已被发现的拓扑声子态种类还很有限,且当前研究以理论模型为主,缺少相应的实际材料用于后续实验。基于我们已有的前期工作积累,本项目将针对上述前沿领域中的关键科学问题开展如下三方面的理论工作:1)探索声子体系中的新奇拓扑量子物态,特别是无需破坏时间反演对称、受晶格对称保护且易于在实际固体材料中实现、具有二维或三维非平庸拓扑特性的声子态(如拓扑绝缘态、拓扑Dirac或Weyl半金属态);2)探讨对称性与声子拓扑的相互作用以及对称性破缺对声子特性的调制,探索新型的拓扑声子量子效应,并设计潜在的器件应用;3)结合第一性原理材料计算,预测具有非平庸拓扑声子态的实际材料体系,为后续实验与应用研究提供指导。

结项摘要

本项目针对拓扑声子学这一新兴研究方向开展基础理论研究,即利用Berry相位、赝自旋、拓扑等新奇量子自由度实现全新的声子操控,聚焦新型拓扑声子效应与拓扑声子材料的理论探索。主要研究内容包括:1)探索声子体系中的新奇拓扑量子物态,特别是无需破坏时间反演对称、受晶格对称保护且易于在实际固体材料中实现、具有二维或三维非平庸拓扑特性的声子态;2)探讨对称性与声子拓扑的相互作用以及对称性破缺对声子特性的调制,探索新型的拓扑声子量子效应,并设计潜在的器件应用;3)结合第一性原理材料计算,预测具有非平庸拓扑声子态的实际材料体系,为后续实验与应用研究提供指导。.重要的研究进展包括:预言了多种具有非平庸拓扑表面态的拓扑声子绝缘体和拓扑声子半金属,揭示了由赝自旋-轨道耦合效应及其诱导的异常量子输运特性;预言了以硅为代表的一大类拓扑声子材料,可供后续实验与应用研究;发展了多种基于深度学习的第一性原理计算方法,为未来探索电子、声子相关的材料与器件提供了强有力的研究手段;发表了多篇研究综述,概括了领域的研究进展,并对未来学科发展做展望。.本项目共发表学术论文28篇,均发表在本领域最主要的学术刊物上。相关工作成果被大量引用,受到了国内外同行的高度认可。项目负责人也多次受邀在国际、国内重要学术会议作邀请报告。除此之外,项目还培养博士生毕业生6名,项目负责人在项目执行期间获国家杰出青年科学基金资助。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Magnetically controllable topological quantum phase transitions in the antiferromagnetic topological insulator MnBi2Te4
反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4中的磁控拓扑量子相变
  • DOI:
    10.1103/physrevb.100.121103
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Jiaheng Li;Chong Wang;Zetao Zhang;Bing-Lin Gu;Wenhui Duan;Yong Xu
  • 通讯作者:
    Yong Xu
Intrinsic magnetic topological insulators in van der Waals layered MnBi2Te4-family materials
范德华层状 MnBi2Te4 族材料中的本征磁拓扑绝缘体
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aaw5685
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Science Advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Jiaheng Li;Yang Li;Shiqiao Du;Zun Wang;Bing-Lin Gu;Shou-Cheng Zhang;Ke He;Wenhui Duan;Yong Xu
  • 通讯作者:
    Yong Xu
Heterogeneous relational message passing networks for molecular dynamics simulations
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  • DOI:
    10.1038/s41524-022-00739-1
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    npj computational materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zun Wang;Chong Wang;Sibo Zhao;Yong Xu;Shaogang Hao;Chang Yu Hsieh;Bing-Lin Gu;Wenhui Duan
  • 通讯作者:
    Wenhui Duan
Valley filtering effect of phonons in graphene with a grain boundary
晶界石墨烯中声子的谷过滤效应
  • DOI:
    10.1103/physrevb.99.064302
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xiaobin Chen;Yong Xu;Jian Wang;Hong Guo
  • 通讯作者:
    Hong Guo
Detection of Magnetic Gap in Topological Surface States of MnBi2Te4
MnBi2Te4拓扑表面态磁隙的检测
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/38/10/107404
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Haoran Ji;Yanzhao Liu;He Wang;Jiawei Luo;Jiaheng Li;Hao Li;Yang Wu;Yong Xu;Jian Wang
  • 通讯作者:
    Jian Wang

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  • 作者:
    刘科高;纪念静;徐勇;石广才
  • 通讯作者:
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深度学习电子结构计算方法发展
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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]
      
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