拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用

从理论上研究了拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用.在拓扑绝缘体量子点中,边缘态电子数可以通过量子点的尺寸和外加电场进行调控.当量子点中掺入单个磁离子并且边缘态填充奇数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用达到最大值;而边缘态填充偶数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用消失.当量子点中掺入2个磁离子时,电子与Mn离子的sp-d相互作用会出现奇偶振荡行为,Mn离子间的相互作用取决于Mn离子间距和量子点壳层中的电子数,表现出典型的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida型间接交换机制.工作澄清了拓扑绝缘体量子点壳层结构对其磁性的影响,有助于人们设计基于拓扑绝缘体量子点的自旋电子学或量子信息器件.     

拓扑绝缘体与低维超导体的电输运特性

拓扑绝缘体这种具有新奇量子特性的物质和具有百余年研究历史的超导体都是当前凝聚态物理学领域的研究热点．本文简要介绍了拓扑绝缘体、超导体的研究背景和基本特性,重点回顾了拓扑绝缘体、超导薄膜及纳米桥、超导纳米线以及纳米尺度下拓扑绝缘体．超导异质结构的电输运特性．并对该领域的进一步发展做出了展望．     

拓扑绝缘体中的拓扑不变量及其数值计算

拓扑绝缘体是费米子多体系统中一种对称性保护的拓扑量子态,拓扑不变量是表征拓扑绝缘体的重要物理量。该文在二维无相互作用的费米子拓扑绝缘体中,证明了3种不同拓扑不变量计算公式的等价性,分析了这些计算公式的适用范围;给出了这些拓扑不变量公式的完整数值计算范式;作为范例,通过计算拓扑不变量,得到了Kane-Mele模型的相图。该文为拓扑绝缘体中拓扑不变量的计算提供了完整自洽的计算方法。     

石化装置BN拓扑结构节点态势分析模型与应用

针对石化装置运行过程中危险瞬息万变的特点,给出了一种将广义集对分析理论与BN集成的石化装置BN拓扑结构节点状态联系度表达形式,提出了石化装置BN拓扑结构节点态势计算模型,讨论了石化装置BN拓扑结构节点态势等级,并在同一态势中进行了进一步划分.应用表明:在构建的反应器火灾爆炸BN拓扑结构中,叶节点"反应器火灾爆炸"处于同势,以反应器火灾爆炸事件发生态势为主;同时,得到了其他中间节点状态联系度及其态势等级,且节点联系度中的差异性变化会对其节点态势及其等级产生一定的影响,甚至发生节点态势逆转现象,为分析石化装置BN拓扑结构节点状态及其态势提供了依据.     

第一性原理计算在固体物理中应用

拓扑绝缘体,由于其奇异的受时间反演对称性保护的金属表面态,是当前研究的一个热点。本文利用第一性原理计算了拓扑绝缘体的电子结构,考虑了范德瓦尔斯力对拓扑绝缘体带隙的影响,并探讨如何在教学中培养本科生的科研创新能力。     

适应协同设计的产品模型的表示方法

为适应协同设计环境对产品造型技术的要求,采用基于标识的实体模型和特征模型相结合的方法来进行产品模型的表示.提出了基于特征的拓扑元素的标识方法并建立了相应的标识机制,把拓扑元素的标识与特征联系起来.标识及标识机制的引入使产品模型中的特征语义元素和实体几何拓扑元素既相互独立又彼此联系,有效地维护了协同设计过程中模型修改前后拓扑结构的对应关系,从而实现了在保证协同设计过程中协同模型一致性的前提下,对产品模型的特征编辑.     

拓扑绝缘体国际发展态势文献计量分析

拓扑绝缘体是最近几年发现的一种全新的量子物态,是目前凝聚态物理学最活跃的研究前沿之一。拓扑绝缘体研究不仅对探索和发现新的量子现象具有重要意义,而且具有巨大应用前景和市场潜力。该文基于Web of Science(WOS)和Thomson Innovation(TI)数据库,对拓扑绝缘体研究论文和专利进行了定量分析,呈现了拓扑绝缘体研究的国际发展态势,并对中国拓扑绝缘体研究提出了建议。     

两类探测轴子实验中耦合常数间的关联

采用微扰计算方法,探讨了轴子探测实验中两类耦合常数间的关联.低阶微扰计算结果表明:轴子的电磁衰变振幅与轴子和光子相互作用的耦合常数有关,由此得到了轴子一光子相互作用的耦合常数与轴子-核子耦合常数之间的关系式.此关系式可用于两类轴子探测实验结果的之间的相互比较和转换.     

La0.7Sr0.3MnO3薄膜的溶胶凝胶法制备及电特性研究

利用溶胶凝胶法在单晶LaAlO3（100）衬底上成功的外延生长了La0．7Sr0．3MnO3薄膜。用X射线衍射、直流四探针法对其进行了研究。结果表明，薄膜为赝立方钙钛矿结构，晶胞参数为α=3．872nm，具有良好的单晶外延结构。电阻率随着温度的增加，从金属导电行为向绝缘体行为转变，利用双交换理论对此现象作了合理的解释，转变点温度为TMI=340K。其电阻率在T〈TMI时满足ρ=ρ0＋ρ1T^2，其导电机制是电子与电子的散射，在T〉TMI时主要是小极化子输运。     

轴子探测实验中的电磁衰变机制与微扰计算

在量子场微扰理论的框架内,探讨了轴子探测实验中的轴子电磁衰变机制与衰变振幅.微扰计算结果表明:轴子的电磁衰变振幅与轴子的电磁衰变机制密切相关,由轴子和核子(或夸克)的耦合常数以及核子(或夸克)的质量等因素决定.此结果为进一步研究轴子探测实验中的两类耦合机制之间的关联提供了一种可能的途径.     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应（一）

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数（Chernnumber）,而且该能带的带宽很窄,同时与其他能带间有较大能隙．最近通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子品格体系的系统数值进行研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应．新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数描述．这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应．该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注．对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣．     

Creating, moving and merging Dirac points with a Fermi gas in a tunable honeycomb lattice

Dirac points are central to many phenomena in condensed-matter physics, from massless electrons in graphene to the emergence of conducting edge states in topological insulators. At a Dirac point, two energy bands intersect linearly and the electrons behave as relativistic Dirac fermions. In solids, the rigid structure of the material determines the mass and velocity of the electrons, as well as their interactions. A different, highly flexible means of studying condensed-matter phenomena is to create model systems using ultracold atoms trapped in the periodic potential of interfering laser beams. Here we report the creation of Dirac points with adjustable properties in a tunable honeycomb optical lattice. Using momentum-resolved interband transitions, we observe a minimum bandgap inside the Brillouin zone at the positions of the two Dirac points. We exploit the unique tunability of our lattice potential to adjust the effective mass of the Dirac fermions by breaking inversion symmetry. Moreover, changing the lattice anisotropy allows us to change the positions of the Dirac points inside the Brillouin zone. When the anisotropy exceeds a critical limit, the two Dirac points merge and annihilate each other-a situation that has recently attracted considerable theoretical interest but that is extremely challenging to observe in solids. We map out this topological transition in lattice parameter space and find excellent agreement with ab initio calculations. Our results not only pave the way to model materials in which the topology of the band structure is crucial, but also provide an avenue to exploring many-body phases resulting from the interplay of complex lattice geometries with interactions.     

Acoustic higher-order topology derived from first-order with built-in Zeeman-like fields

Higher-order topological insulators (HOTIs),with topological corner or hinge states,have emerged as a thriving topic in the field of topological physics.However...     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应(二)

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数(Chern number),另外,该能带的带宽很窄,且与其他能带间有较大能隙.通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子晶格体系的系统数值研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应.新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数来描述.这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应.该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注.对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行了综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣.     

硅橡胶合成绝缘子染污放电机理的研究

传统的瓷和玻璃绝缘子表面呈亲水性,耐污闪性能较差;硅橡胶合成绝缘子表面呈憎水性,且其憎水性能够迁移至绝缘子表面污层,因而具有优良的耐污闪性能,尽管目前对瓷和玻璃绝缘子的污闪机理已作了较深入的研究,但对合成绝缘子污闪机理的研究尚比较缺乏。该文详细分析了合成绝缘子的染污放电过程,提出了闪络通道由多条短电弧与狭窄水带串联而成的合成绝缘子直流污闪模型。模型表明,众多短电弧的阴阳极压降及水带的高阻值是其具有高污闪电压的原因,同时模型清楚地反映了合成绝缘子临闪电流低、临闪电压高的特点。     

4-氨基安替比林电子光谱及溶剂效应理论研究

采用含时密度泛函理论方法(TD-PBE0)研究了4-氨基安替比林(4-AAP)在水和乙醇溶液环境中的电子光谱特性,通过电子跃迁轨道分析归属了4-AAP电子光谱谱带的跃迁轨道贡献并探究了其电子跃迁特征。研究结果表明,4-AAP在乙醇溶液中理论吸收谱带与实验谱带吻合较好,但其在水溶液中计算所得吸收谱带波长与实验所得相应值相差较大,溶剂水分子可与4-AAP通过氢键强烈相互作用形成复合物,诱导电子跃迁吸收谱带发生明显移动,氢键结合位点对其电子光谱中的最强吸收峰位置亦有影响,呈现显著的溶剂化效应。分子动力学模拟获得了水溶液中4-AAP溶剂团簇模型4-AAP-(H_2O)_3,基于此模型所得的理论电子光谱吸收谱带与实验光谱特征谱带波长相吻合,并从分子水平上对团簇结构吸收谱带的电子跃迁贡献进行了分析和归属。     

几种杂环与芳环半导体高聚物的电子结构

用自洽场晶体轨道方法,在能量梯度优化单胞所得几何构型的基础上,研究了3种含硫(或氮)杂环与芳环共聚的高聚物半导体材料的电子结构.由于这些高聚物中杂环与芳环的非共面性,使得它们的能带结构中带宽较窄,带隔较大,在未掺杂时为绝缘体物质.但它们的电离势大小与聚乙炔相应值接近,故是较好的P型半导体材料.     

Spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates

Spin-orbit (SO) coupling--the interaction between a quantum particle's spin and its momentum--is ubiquitous in physical systems. In condensed matter systems, SO coupling is crucial for the spin-Hall effect and topological insulators; it contributes to the electronic properties of materials such as GaAs, and is important for spintronic devices. Quantum many-body systems of ultracold atoms can be precisely controlled experimentally, and would therefore seem to provide an ideal platform on which to study SO coupling. Although an atom's intrinsic SO coupling affects its electronic structure, it does not lead to coupling between the spin and the centre-of-mass motion of the atom. Here, we engineer SO coupling (with equal Rashba and Dresselhaus strengths) in a neutral atomic Bose-Einstein condensate by dressing two atomic spin states with a pair of lasers. Such coupling has not been realized previously for ultracold atomic gases, or indeed any bosonic system. Furthermore, in the presence of the laser coupling, the interactions between the two dressed atomic spin states are modified, driving a quantum phase transition from a spatially spin-mixed state (lasers off) to a phase-separated state (above a critical laser intensity). We develop a many-body theory that provides quantitative agreement with the observed location of the transition. The engineered SO coupling--equally applicable for bosons and fermions--sets the stage for the realization of topological insulators in fermionic neutral atom systems.