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研究兴趣和方向
半导体异质结结构不连续的能带结构会在界面处构成势阱,并在界面束缚大量的电子形成一个薄层。电子在垂直于界面方向的运动被势阱束缚而被量子化,而其平行于表面的运动仍然是自由的。这样的电子薄层被称为二维电子气(2DEG)。在极低温度下(~10 mK),极纯净半导体材料中,电子散射等非理想因素被降至极低。二维电子气的物理性质完全由电子的动能以及电子间库仑作用力所决定,并在强磁场的作用下呈现出一系列新颖的量子态。其中包括整数量子霍尔效应(Integer Quantum Hall Effect, IQHE, Klaus von Klitzing, et al. Nobel Physics,1985),分数量子霍尔效应(Fractional Quantum Hall Effect, FQHE,崔琦, et al. Nobel Physics, 1998),Wigner晶体,电荷密度波等等。我研究的主要内容将是探索这些量子态的物理特性以及单电子波函数的精细结构对这些量子态的影响。
分数量子霍尔效应是二维电子气展现的一种独特的多体量子态(many-body quantum state)。这种稳定的量子态完全由电子之间的相互作用引入。它的內在禀赋蕴含在电子与电子之间的相对拓扑结构。这种拓扑结构的宏观外在表现展示出超流的特征。尤为特殊的是位于朗道能级填充系数5/2的量子霍尔态。现有的实验和理论研究认为该量子态由Pfaffian波函数描述,其准粒子满足非阿贝尔统计特性,可以用于拓扑量子计算。分数量子霍尔态会继承电子的自旋、谷(valley)、能级(subband)等自由度。通过改变二维电子气的系统参数,我们可以观测到分数量子霍尔效应的相变。由于二维系统在平面内有微小的变化,在相变点附近,具有不同赝自旋的分数量子霍尔态可以被稳定在不同的区域内。我希望研究区域之间的边界线附近的赝自旋结构以及电子的跨边界运动性质,探索对量子霍尔态拓扑结构的测量和操作,从而在将来展开对拓扑量子计算的研究。
在常见半导体(比如Si,Ge,GaAs,AlAs等)中,电子能级来源于原子的s-轨道,因此二维电子气具有相对简单的色散和自旋结构以及朗道能级波函数。与此同时,半导体中的空穴来源于原子的p-轨道,从而拥有更加复杂的能带和自旋结构。宽量子阱GaAs空穴同时包含了重空穴态和轻空穴态。空穴中的强自旋轨道耦合使得二维空穴气的色散和自旋特性及其复杂。我们可以通过外建电场对空穴的色散和自旋特性进行调控,进而在二维空穴气中引入新的量子态。我研究的一个重心会集中在二维空穴材料中量子态及其相变,特别是系统性的探索强自旋轨道耦合导致的自旋相关物理现象。我希望我的实验研究能够发现并理解自旋轨道耦合系统中复杂的物理现象, 拓展对该类型系统中量子态进行精确操控的能力。
半导体异质结结构不连续的能带结构会在界面处构成势阱,并在界面束缚大量的电子形成一个薄层。电子在垂直于界面方向的运动被势阱束缚而被量子化,而其平行于表面的运动仍然是自由的。这样的电子薄层被称为二维电子气(2DEG)。在极低温度下(~10 mK),极纯净半导体材料中,电子散射等非理想因素被降至极低。二维电子气的物理性质完全由电子的动能以及电子间库仑作用力所决定,并在强磁场的作用下呈现出一系列新颖的量子态。其中包括整数量子霍尔效应(Integer Quantum Hall Effect, IQHE, Klaus von Klitzing, et al. Nobel Physics,1985),分数量子霍尔效应(Fractional Quantum Hall Effect, FQHE,崔琦, et al. Nobel Physics, 1998),Wigner晶体,电荷密度波等等。我研究的主要内容将是探索这些量子态的物理特性以及单电子波函数的精细结构对这些量子态的影响。
分数量子霍尔效应是二维电子气展现的一种独特的多体量子态(many-body quantum state)。这种稳定的量子态完全由电子之间的相互作用引入。它的內在禀赋蕴含在电子与电子之间的相对拓扑结构。这种拓扑结构的宏观外在表现展示出超流的特征。尤为特殊的是位于朗道能级填充系数5/2的量子霍尔态。现有的实验和理论研究认为该量子态由Pfaffian波函数描述,其准粒子满足非阿贝尔统计特性,可以用于拓扑量子计算。分数量子霍尔态会继承电子的自旋、谷(valley)、能级(subband)等自由度。通过改变二维电子气的系统参数,我们可以观测到分数量子霍尔效应的相变。由于二维系统在平面内有微小的变化,在相变点附近,具有不同赝自旋的分数量子霍尔态可以被稳定在不同的区域内。我希望研究区域之间的边界线附近的赝自旋结构以及电子的跨边界运动性质,探索对量子霍尔态拓扑结构的测量和操作,从而在将来展开对拓扑量子计算的研究。
在常见半导体(比如Si,Ge,GaAs,AlAs等)中,电子能级来源于原子的s-轨道,因此二维电子气具有相对简单的色散和自旋结构以及朗道能级波函数。与此同时,半导体中的空穴来源于原子的p-轨道,从而拥有更加复杂的能带和自旋结构。宽量子阱GaAs空穴同时包含了重空穴态和轻空穴态。空穴中的强自旋轨道耦合使得二维空穴气的色散和自旋特性及其复杂。我们可以通过外建电场对空穴的色散和自旋特性进行调控,进而在二维空穴气中引入新的量子态。我研究的一个重心会集中在二维空穴材料中量子态及其相变,特别是系统性的探索强自旋轨道耦合导致的自旋相关物理现象。我希望我的实验研究能够发现并理解自旋轨道耦合系统中复杂的物理现象, 拓展对该类型系统中量子态进行精确操控的能力。
研究兴趣
论文共 106 篇作者统计合作学者相似作者
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时间
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主题
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合作者
合作机构
PHYSICAL REVIEW Bno. 3 (2024)
arxiv(2024)
Renfei Wang, Xiao Liu,Mengmeng Wu,Yoon Jang Chung,Adbhut Gupta,Kirk W. Baldwin,Mansour Shayegan,Loren Pfeiffer,Xi Lin,Yang Liu
arxiv(2024)
引用0浏览0引用
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0
Xiao Liu,Mengmeng Wu, Renfei Wang,Xinghao Wang,Wenfeng Zhang, Yujiang Dong,Rui-Rui Du,Yang Liu,Xi Lin
arxiv(2024)
arxiv(2023)
引用0浏览0引用
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Mengyun He, Yu Fu,Yu Huang,Huimin Sun,Tengyu Guo,Wenlu Lin, Yu Zhu,Yan Zhang,Yang Liu,Guoqiang Yu, Qinglin He
Journal of Physics: Condensed Matterno. 29 (2023): 295701-295701
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PHYSICAL REVIEW APPLIEDno. 6 (2023)
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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL Cno. 8 (2023)
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