石墨烯与拓扑绝缘体上磁性的非磁场调控与相关元激发

批准号:
11404043
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
朱家骥
依托单位:
学科分类:
A2007.磁学及自旋电子学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
熊稳、魏斌
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中文摘要
自旋电子学的目标是实现基于电子自旋而不是电子电荷的新型电子学器件,其中一个特别有希望的方案是基于局域自旋,例如量子点、磁离子等,通过非磁场的(电学的或力学的)手段来实现局域自旋之间的调控。RKKY相互作用是局域自旋之间通过载流子为媒介的间接交换相互作用,我们可以利用电学或力学手段调控载流子,并进而利用RKKY机制调控局域自旋。这样,寻找RKKY相互作用在不同的量子受限结构和不同的材料中的可调参数与有效相互作用形式就成为亟待解决的任务。本项目拟应用非平衡场论的Keldysh技术、规范无关的图论技术以及其他方法,从理论上研究石墨烯和拓扑绝缘体中的磁相互作用,澄清电学调控与力学调控的磁性的相关机制并进一步探索其可能的应用,研究与调控相关的若干元激发,如等离激元、等离极化子、电声子束缚态等。本项目将澄清磁性的非磁场控制的物理原理,并将丰富对石墨烯、拓扑绝缘体上电子性质与磁性的认识。
英文摘要
The aid of spintronics is to implementing the new electronic devices based on spins rather than charges. One of the most promising implementation is the manipulation upon local spins, e.g. quantum dots, magnetic ions, via electrical and/or mechanical means. The RKKY interaction is an indirect exchange interaction between localized spins mediated by itinerant electrons. We can manipulate itinerant electrons via electrical and/or mechanical means, and then manipulate the local spins by RKKY mechanism.Therefore it is important to seek tunable parameters and effective interaction formalism of the RKKY interaction in various structures and materials. The contents of our project are as follows: we will study theoretically the properties of magnetic interactions in graphene and topological insulators by Keldysh formalism of non-equilibrium field theory, gauge-invariant diagrammatic technics, and other useful approaches; we will clarify the mechanism of electrically and/or mechanically controllable magnetism and investigate its possible applications; we will study some elementary excitations related to manipulation, e.g. plasmons, plasmarons, electron-phonon bound states, etc.. This project would clarify the physical principles of the non-magnetically controllable magnetism, and enrich the knowledge of electrons and magnetism in topological insulators and graphene.
自旋电子学的目标是实现基于电子自旋而不是电子电荷的新型电子学器件,其中一个特别有希望的方案是基于局域自旋,例如量子点、磁离子等,通过非磁场的(电学的或力学应变的)手段来实现局域自旋之间的调控。RKKY相互作用是局域自旋之间通过载流子为媒介的间接交换相互作用,我们可以利用电学或力学手段调控载流子,并进而利用RKKY机制调控局域自旋。这样,寻找RKKY相互作用在不同的量子受限结构和不同的材料中的可调参数与有效相互作用形式就成为亟待解决的任务。为此我们研究了硅烯上吸附磁性原子的物理,发现吸附Mn原子的硅烯具有不受被吸附的原子浓度的影响的反常固定磁矩。我们可以诱导出一个铁磁-反铁磁转变,其物理机制是体系的铁磁性源于磁离子之间的RKKY相互作用,而反铁磁性源于超交换相互作用。我们研究了石墨烯PN结上的RKKY相互作用的形式和程函数。石墨烯PN结两侧的两个磁离子之间的巡游电子会由于Veselago效应会聚,使两个磁离子之间的RKKY相互作用可增强到实际器件可用的强度。RKKY程函数的渐近行为也从二维电子气普遍的1/R^2的衰减变为1/R的衰减。我们发现尽管石墨烯PN结的势垒从突变变成渐变会抹平Veselago效应,但是PN结两侧的关联受到粒子空穴对称性和费米面匹配保护,对于PN结的质量与性质完全不敏感,我们把它称为“隐藏的量子蜃景”。我们还研究了拓扑绝缘体PN结上的RKKY,给出了非常一般性的对称性分析,揭示了各种计算方法所具体求得的RKKY相互作用的自旋相互作用形式可以有非常普适性的解释。考虑了三种不同情形的拓扑PN结体系:旋转对称性保持的情形、镜面对称性保持的情形、非对称情形。我们还讨论了基于RKKY机制的磁点阵的蒙特卡洛模拟、半导体超晶格中的拓扑半金属相、拓扑绝缘体上的量子点等。我们的这些工作对于澄清石墨烯以及二维材料和拓扑绝缘体等拓扑材料上巡游电子的特性及其对RKKY机制的磁性的影响作出了一定贡献,有助于人们实现基于电学调控和力学应变调控的磁性。
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DOI:--
发表时间:2017
期刊:重庆邮电大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:李健;李登峰;朱家骥
通讯作者:朱家骥
Strain Controlled Ferromagnetic-Antiferromagnetic Transformation in Mn-Doped Silicene for Information Transformation Devices
用于信息转换器件的锰掺杂硅烯中应变控制的铁磁-反铁磁转变
DOI:10.1021/acs.jpclett.7b00115
发表时间:2017-04-06
期刊:JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
影响因子:5.7
作者:Li, Shuang;Ao, Zhimin;Liu, Wei
通讯作者:Liu, Wei
Hidden quantum mirage by negative refraction in semiconductor P-N junctions
半导体 P-N 结中负折射隐藏的量子幻象
DOI:10.1103/physrevb.94.085408
发表时间:2016-03
期刊:Physical Review B
影响因子:3.7
作者:Zhang Shu-Hui;Zhu Jia-Ji;Yang Wen;Lin Hai-Qing;Chang Kai
通讯作者:Chang Kai
Topological Dirac semimetal phases in InSb/alpha-Sn semiconductor superlattices
InSb/α-Sn 半导体超晶格中的拓扑狄拉克半金属相
DOI:--
发表时间:2016
期刊:ArXiv
影响因子:--
作者:Jian-Peng Sun;Jia-Ji Zhu;Dong Zhang;Kai Chang
通讯作者:Kai Chang
DOI:http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.94.085408
发表时间:2016
期刊:Physical Review B
影响因子:--
作者:Shu-Hui Zhang;Jia-Ji Zhu;Wen Yang;Hai-Qing Lin;Kai Chang
通讯作者:Kai Chang
磁性的机器学习研究: 以图神经网络为中心
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:朱家骥
- 依托单位:
国内基金
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