电场和掺杂对拓扑晶态绝缘体SnTe薄膜电子结构和磁性的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11504092
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 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:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Recent discoveries of novel structural and electronic states and the latest realization of a new type of topological order in SnTe have reinvigorated strong interest in this fascinating material. Theoretical workers identified tin telluride (SnTe) as a distinct type of topological crystalline insulator (TCI), in which the metallic surface states are protected by the mirror symmetry of the crystal, in contrast to the time-reversal symmetry protection in the earlier identified Z2 topological insulators. It has been a topic of great interest because of its fundamental physics and potential applications in electronic devices. While, the narrow band gap of SnTe is very sensitive to changes of external conditions such as pressure, electric field, temperature or doping. The mechanism of topological states and magnetism from doping impurities is unclear. In this project, the first-principles methods within the framework of density functional theory would be used to systematically investigate the influence of doping and electric field on the surface electronic structure and magnetism of SnTe films. The research results will be contribute to understand the mechanism of topological states and magnetism from the electric field and doping impurities and search for the doping impurities and the condition of electric field which can manipulation effectively electronic structure. It is expected that the research conclusions can provide a theoretical guidance for the practical application of topological crystalline insulator SnTe film materials in electronic devices.
最近的理论和实验研究发现碲化锡是一种新型拓扑绝缘体,被称为“拓扑晶态绝缘体”,其表面的金属态由晶格反演对称性所保护,与之前的 Z2型拓扑绝缘体不同(表面的金属态由时间反演对称性保护)。因为SnTe在基础物理学和电子器件应用等方面具有重要意义,它的出现迅速受到人们的广泛关注。然而窄带隙的碲化锡其带隙值随温度、电场和压强等条件的变化而变化,这些不确定因素阻碍了人们对其物理性质的进一步探索,同时SnTe拓扑表面态对掺杂也非常敏感,而掺杂对其拓扑性质和磁性的作用机理尚不清楚。本项目将运用第一性原理方法系统研究电场和掺杂对拓扑晶态绝缘体SnTe薄膜电子结构及磁性的影响,深入了解电场和掺杂对SnTe薄膜拓扑性质、电子结构和磁性影响的作用机理,探寻能实现其电子结构有效调控的掺杂物质和电场条件,以期为基于拓扑薄膜材料的电子器件的制备、设计和调控等相关实验研究提供理论参考。

结项摘要

基于拓扑材料器件在基本电子学、量子自旋、热电材料等方面的广阔应用前景,我们对目前普遍关注的重要的拓扑晶态绝缘体以及二维材料和器件的基本特性进行了系统的研究。我们主要探究了自旋轨道耦合效应及应变效应下SnTe电子结构的变化,并通过掺杂过渡金属原子对其调控,得到了较为理想的结果。我们发现本征块状SnTe材料具有窄间隙半导体特性且表现出非磁性基态,然而在Mn取代的中心对称构型中,体系磁性被诱导且费米能级附近出现谐振态。当对掺杂体系施以0-6%的压缩应变时,TCI特性仍被保持,体系电子结构发生明显变化,表现出n-p-n转换,这将有利于提高Seebeck系数,拓展了其在热电材料领域及磁性器件的潜在应用。另外,我们也关注了相关的二维材料器件并探究了3d过渡金属原子掺杂的MoS2, WS2, WSe2, ZrS2单层、过渡金属和贵金属Ni、 Pd、Pt掺杂的WS2薄膜、应变下Cr掺杂的HfS2薄膜、V族和VII族原子掺杂的HfS2, ZrS2, MoSe2单层。Mn原子与N原子共掺杂的 ZrS2薄膜以及掺杂效应的氢化MoSe2与ZrSe2纳米带,通过分析体系的能带结构、电导率类型、磁矩、电荷密度,结果均显示出有效的磁性诱导及半导体、金属、半金属间的转变,极大丰富了电子自旋器件种类。同时我们也研究了电场作用下异质结电子结构和光学性质,发现基于这些材料的纳米薄膜、纳米带及异质结在未来电子学、自旋电子学、光电子学中的潜在应用并为微纳米材料和器件的制备提供了相关理论依据。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electronic and magnetic properties of structural defects in pristine ZrSe2 monolayer
原始 ZrSe2 单层结构缺陷的电子和磁性特性
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2018.01.019
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
    Computational Materials Science
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Gao Yonghui;Zhao Xu;Wang Haiyang;Wang Tianxing;Wei Shuyi
  • 通讯作者:
    Wei Shuyi
Effect of strain on electronic and magnetic properties of n-type Cr-doped WSe2 monolayer
应变对n型Cr掺杂WSe2单层电子和磁性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.physe.2016.10.050
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Xiaomeng;Zhao Xu;Ma Xu;Wu Ninghua;Xin Qianqian;Wang Tianxing
  • 通讯作者:
    Wang Tianxing
Electronic and magnetic properties of n-type and p-doped MoS2 monolayers
n型和p型掺杂MoS2单层的电子和磁性
  • DOI:
    10.1039/c5ra27540g
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhao Xu;Chen Peng;Xia Congxin;Wang Tianxing;Dai Xianqi
  • 通讯作者:
    Dai Xianqi
Modulation of interfacial electronic properties in PbI2 and BN van der Waals heterobilayer via external electric field
通过外部电场调节 PbI2 和 BN 范德华异质双层中的界面电子特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Appl. Surf. Sci.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ma Yaqiang;Zhao Xu;Niu Mengmeng;Dai Xianqi;Li Wei;Wang Xiaolong;Zhao Mingyu;Wang Tianxing;Tang Yanan
  • 通讯作者:
    Tang Yanan
3d transition metal doping-induced electronic structures and magnetism in 1T-HfSe2 monolayers
1T-HfSe2 单层中的 3d 过渡金属掺杂诱导的电子结构和磁性
  • DOI:
    10.1039/c7ra11040e
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhao Xu;Yang Congxia;Wang Tianxing;Ma Xu;Wei Shuyi;Xia Congxin
  • 通讯作者:
    Xia Congxin

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 作者:
    赵旭;徐俊泉;张红;王振华
  • 通讯作者:
    王振华

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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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