二维拓扑绝缘体退相干效应研究

拓扑绝缘体是当前凝聚态物理研究的热点.退相干效应对该体系的影响的研究不仅有重要的理论意义,而且也是实现未来量子器件的不可或缺的前期工作.文章作者从理论上研究了退相干对二维拓扑绝缘体特别是量子自旋霍尔效应的影响.研究结果表明,作为量子自旋霍尔效应的标志的量子化纵向电阻平台对不破坏自旋记忆的退相干效应(普通退相干)不敏感,但却对破坏自旋记忆的退相干效应(自旋退相干)非常敏感.因此,该量子化平台只能在尺寸小于自旋退相干长度的介观样品中存在,从而解释了量子自旋霍尔效应实验中所观测到的结果(见Science,2007,318:766).同时,文章作者还定义了一个新的物理量,即自旋霍尔电阻,并发现该自旋霍尔电阻也有量子化平台.特别是该量子化平台对两种类型的退相干都不敏感.这说明在宏观样品中也能观测到自旋霍尔电阻的量子化平台,因此更能全面地反映量子自旋霍尔效应的拓扑特性.     

多端口石墨烯系统中的非局域电阻

非局域测量方法由于其能够间接探测某些难以直接俘获的非平庸物理机理,近年来已逐渐成为凝聚态物理的研究热点之一.最近的实验在H形多端口石墨烯样品中发现了巨大的非局域电阻信号.在排除了经典欧姆、边缘态等可能的输运形式后,人们倾向于认为这类非局域电阻是由多端石墨烯系统中存在的自旋霍尔效益或谷霍尔效应所导致.借助于非平衡格林函数输运计算,目前的理论可以在同样的多端石墨烯体系中得到部分与实验符合较好的数值模拟结果.针对实验中发现的某些难以理解的、甚至与经典理论相矛盾的非局域电阻性质,例如非局域电阻相比局域电阻在偏离电中性点时的迅速衰减、出现在能隙中的非局域电阻峰值等,目前的理论研究取得了一定的进展,但对这些奇异现象的理解仍存在较大的争议.本综述详细回顾了多端口石墨烯体系中非局域电阻的相关实验,并针对性地介绍与之配套的理论进展及对未来研究的展望.     

吸附位置对分子近藤效应的影响

文章报道了利用低温扫描隧道显微镜观察到磁性分子酞菁铁(iron phthalocyanine,FePc)在金属表面Au(111)上的近藤效应(Kondo effect).从实验上观察到两种由近藤效应引起的不同的Fano共振现象.通过理论模拟和分析,文章作者发现这两种Fano共振分别对应于不同的分子吸附位置.吸附位置不仅影响Fano共振的线型,而且还影响自旋电子的耦合强度,是调控金属表面磁性杂质自旋态的重要途径.     

点内电子-电子库仑作用会引起退相干么?

利用一个开放的多端Aharonov—Bohm(AB)装置研究了存在点内库仑作用时，电子通过量子点时的相干性．作者发现点内库仑作用不会引起任何退相干效应，即电子隧穿通过量子点是完全相干的．另外，作者还发现，在两端AB装置中，电导AB振荡的振幅非对称性来源于受限的结构和库仑作用两方面．因此，不能把振幅的非对称性和退相干过程联系起来．     

存在自旋轨道耦合的介观小环中的持续自旋流

文章作者研究了存在自旋轨道耦合的介观小环的平衡态性质.此前人们已经知道,在有磁通穿过的介观小环中,绕环运动的电子会产生一附加的Berry相位而导致持续电流;同样地,在仅有自旋轨道耦合的体系中,电子绕环运动也应当会产生附加的自旋Berry相位,进而驱动持续自旋流.文章作者通过对一个有正常区和自旋轨道耦合区的复合小环的计算,结果表明,无电流伴随的纯持续自旋流的确存在.文章作者指出,这持续自旋流描述真实的自旋运动,并且它能被实验观测.     

相互作用量子点系统中的场致自旋电流

从理论上研究了相互作用量子点在外部旋转磁场下的非平衡自旋输运性质，研究结果表明，量子点中的相干自旋振荡可以导致自旋电流的产生，当计入库仑关联相互作用后，近藤共振效应受外部进动磁场的影响很强，特别是当磁场的进动频率与塞曼能移满足共振条件时，每个自旋近藤峰就会劈裂为两个自旋共振峰的叠加，在低温强耦合区，这种近藤型共隧穿过程对自旋电流带来重要贡献。     

相互作用量子点的自旋相关输运

介绍了与磁性电极耦合的量子点的近藤共振、单电子能级自旋劈裂、磁化和线性电导等物理性质．研究结果显示，当磁性电极磁矩取向相同的时候，线性电导在低温下呈现双峰结构．而近藤共振和单电子能级的自旋劈裂都可以通过电极的内部磁化强度来控制，可以用来产生自旋阀效应．     

在创新中成长--记北京大学量子材料科学中心

量子材料科学中心是北京大学(简称北大)成立的理工医领域“新体制科研机构”之一。这个中心从一诞生起,便以“创新”为使命。
　　王恩哥院士(现任北京大学校长)于2009年11月正式到北大物理学院担任院长。谢心澄教授(现任物理学院院长、“千人计划”学者)也于2010年全职到北大任教。随后包括牛谦教授(“千人计划”学者)、杜瑞瑞教授(“千人计划”学者)在内的一批国际领军人才陆续加盟物理学院,这也进一步吸引了国际物理学界优秀人才的强烈关注。时值“千人计划”这一国家级高层次人才政策启动阶段,量子材料科学中心的成立顺应了国家对高端人才的重大需求和国家人才工作的主体趋势,为北大物理学科研与教学汇聚一批国际顶尖人才提供了极佳契机。     

铁磁石墨烯体系的CT不变量子自旋霍尔效应

文章作者在垂直磁场作用下的铁磁石墨烯体系里预言了一种新类型的量子自旋霍尔效应.这量子自旋霍尔效应与自旋轨道耦合无关,体系也不具有时间反演不变性;但是有CT不变(C为电子-空穴变换、T为时间反演变换).由于量子自旋霍尔效应,体系的纵向电阻和自旋霍尔阻出现量子化平台.特别是,自旋霍尔阻的量子化平台有很强的抗杂质干扰能力.     

凝聚态理论和材料计算研究进展

文章介绍了中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室的历史渊源和发展现状,重点介绍了该室研究人员自2001年以来在表面与半导体物理、强关联物理、自旋与轨道电子学、冷原子与玻色-爱因斯坦凝聚体、固体物理中的贝里相位效应、低维量子输运与量子信息等方向所做的研究工作.