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拓扑绝缘体量子点接触中的量子输运研究

批准号:
12104514
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
敬玉梅
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质输运性质
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
敬玉梅

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
三维拓扑绝缘体独特的表面态具有许多新奇的物理特性,如线性狄拉克色散关系、自旋-动量方向锁定,成为研制拓扑量子器件和自旋电子器件的重要体系。理论研究表明,在拓扑绝缘体一维体系中,量子尺寸效应导致二维表面态会形成离散的一维子带。本项目拟采用刻蚀的方法在三维拓扑绝缘体中构建量子点接触,通过低温输运测量研究量子点接触中拓扑表面态的电导量子化,寻找拓扑表面态形成离散化一维子带和一维螺旋态的直接证据;进一步,研究量子点接触结构中第一个量子电导平台附近的分数倍电导异常结构,通过研究分数倍电导异常结构对不同方向磁场的响应,以及随温度、栅压、偏压等条件的演化,理解自旋轨道耦合作用对分数倍电导异常结构的影响,为进一步研制基于拓扑绝缘体的拓扑量子器件和自旋电子器件探索新原理和新方法。
英文摘要
The unique surface states make topological insulators promising for developing topological quantum devices and spintronic devices. Theoretical studies show in one-dimensional system of topological insulator, two-dimensional topological surface states form discrete one-dimensional subbands due to quantum size effect. In this project, new etching method is proposed to construct the quantum point contact in three-dimensional topological insulators. Through the low-temperature transport measurements, we will study the conductance quantization of the topological surface state in the quantum point contact to find the direct evidence of the discrete one-dimensional subbands and the helical state. Furthermore, we plan to study the fractionally quantized conductance plateau near the first conductance plateau. Through the response of the fractional quantized conductance plateau to magnetic field in different directions, and the evolution with temperature, gate voltage and bias voltage, to understand the effect of spin-orbit coupling on the fractional quantized conductance plateau. These studies will open up possibilities of achieving topological quantum devices and spintronic devices based on the topological insulator.
基于低维材料结构的电子输运研究极大地推进了人们对凝聚态物理中各种新奇物性的探究,同时,低维体系高度可调的特点为构筑新型量子器件和电子信息器件提供了更为广阔的空间。本项目发展和完善了在二维纳米材料上制备量子结构的微纳器件工艺和微弱信号测量技术,制备了基于二维Bi2Te3的量子器件,包括量子点器件和量子点接触,并在低温、强磁场下测量了其量子输运行为,目前相关实验数据还在进一步细化整理中。项目执行过程中,我们取得一些直接与间接的创新性成果,例如通过选择性低温氧化二维vdW异质结构中的HfSe2层,在保持异质结中其他二维材料结构和质量不受影响的同时,实现了超薄高k氧化铪的高质量界面集成;根据不同二维层状材料的能带对准特点,设计了基于能带工程的范德华异质结双浮栅存储器,提高了器件存储性能;通过光诱导晶格缺陷改变器件导电能力实现高密度数据存储器件等。这些工作为探索低维材料结构的电子输运性质,以材料、结构、物性的内在物理关系为基础,构筑新型量子器件和电子信息器件奠定了基础。
基于WTe2 二维纳米薄片的表面态量子输运研究
  • 批准号:
    2021JJ40705
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    敬玉梅
  • 依托单位:
国内基金
海外基金