狄拉克半金属Cd3As2纳米片中拓扑量子态的调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804340
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Due to their potential impact on information technology, topological quantum materials have inspired intense research interests recently. The topological properties of topological semimetals are usually manifested by the chiral anomaly in collinear electromagnetic fields as well as the Fermi-arcs on surfaces. Experimentally, the negative longitudinal magnetoresistance (LMR) was usually labeled as the transport signature of chiral anomaly. While this negative LMR can also be induced by the axial anomaly , inhomogeneous current distribution (or the “current jetting” effect) as well as conductivity fluctuations in topological semimetals. Moreover, this controversial phenomenon can also be observed in topological insulators without chiral anomaly. Thus, the negative LMR itself becomes an ambiguous transport evidence for the chiral anomaly. Recent theories indicate that the nontrivial Berry curvatures and chiral anomaly can induce another key effect-the Planar Hall effect (PHE), and the PHE, combined with negative LMR in non-magnetic Weyl semimetals, can provide a key transport signature of the chiral anomaly. Moreover, the disjointed Fermi-arcs on opposite surfaces can participate in a closed magnetic orbit connecting the bulk chiral modes and can in principle be detected via quantum oscillations in a thin topological semimetal slab. If the Fermi energy is approaching to the Weyl nodes, quantum Hall effect can be developed in such an unusual Weyl magnetic orbit. Though those exotic quantum phenomena have been observed experimentally, how to effectively control those quantum states is still elusive at the moment. In this project, we intend to use Chemical Vapor Deposition (CVD) technique to grow high quality Cd3As2 nanoplates, manipulate those exotic quantum states in Dirac semimetal Cd3As2 nanoplates. By tuning the bulk Fermi energy via different methods, we can systematically investigate the evolution of Fermi-arc surface states, planar Hall effect as well as quantum Hall effect as the function of bulk Fermi energy. Our exploration may pave the way for the application of topological quantum materials in future low-energy electronic devices.
拓扑量子材料由于其在未来低功耗电子器件上的潜在应用而备受关注。Dirac半金属Cd3As2的拓扑特性主要体现在平行电磁场下的手性异常以及表面不连续的费米弧。尽管手性异常导致的负磁阻已经被报道, 但该证据仍然有较大的争议。随后理论研究表明手性异常以及非零的Berry曲率可导致平面Hall效应,该效应与负磁阻一起能为手性异常提供确凿的输运证据。此外, 拓扑半金属中由表面费米弧形成的Weyl磁轨道可形成量子霍尔效应。尽管这些现象在近期的实验中被观测到了,然而相关的调控研究尚未报道。为此,本项目旨在利用CVD方法,生长出高质量的Cd3As2纳米片。利用热处理调控和离子液体调控的办法调控系统的费米能级高度,并深入研究Cd3As2中费米弧表面态、手性异常效应等随体态费米能级的演化过程。我们也将利用现有的强磁场设备探索并调控Cd3As2中的量子霍尔效应,为该材料进一步在低功耗电子器件中的应用研究做铺垫。

结项摘要

在凝聚态物理领域,拓扑半金属以及磁性拓扑绝缘体是目前研究的一个热点方向。近年来人们在拓扑量子材料领域的研究取得了较大的进展,如拓扑半金属材料Cd3As2,ZrTe5,磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4家族等等。然而,这些研究大多数针对的是量子材料块体的生长以及输运特性。拓扑材料未来在低功耗电子学领域的应用探索往往离不开小量子器件的物性研究。本课题在过去的三年时间里利用不同的探测手段,包括电学测量,热处理以及电子顺磁共振测量等等,详细研究了几种具有代表性量子材料与器件的量子物态,如Cd3As2 纳米条带, 磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4纳米片以及ZrTe5纳米器件。我们首先围绕Cd3As2纳米片的载流子浓度和迁移率展开调控,构筑了高质量的纳米片器件,并对其输运性能进行了研究。研究发现在纳米器件经过热处理后,其载流子浓度和迁移率表现出明显的变化,且随着循环次数的增加,表现出非单调的变化趋势。其次,我们利用电子顺磁共振技术,首次在三维拓扑半金属ZrTe5中观察到非常明显的量子振荡。由于电子顺磁共振不需要对样品进行加工,因此拓扑材料本身保持了非常高的迁移率,且由于电子顺磁共振对高迁移率半金属量子材料在磁场下费米面处的朗道能级非常敏感,因此电子顺磁技术可以探测出更小磁场下的量子震荡。通过研究发现,ZrTe5存在三维拓扑相,这与输运研究的结论相一致。该研究同时给出了另外一种三维拓扑相的实验证据;随后,我们基于反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4,构筑了纳米器件,并首次在实验上观察到具有π/2周期的平面霍尔效应。与此同时,我们利用磁性测量技术,对狄拉克半金属立方PtBi2进行了深入研究,获得了其能带结构的详细信息。这些实验手段(电学测量,热处理,电子顺次共振)从不同角度深入剖析了这几种拓扑量子材料新的量子特性,加深了其量子物态的理解,为进一步构筑低功耗量子器件做了一定的铺垫作用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    郑国林;周晓见;董昆明;缪莉;靳翠丽;姜薇
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    姜薇

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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

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          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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