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蒋永进课题组研究成果在物理学顶级杂志《Physical Review Letters》发表
发布时间: 2016-04-05 浏览次数: 275

最近,我校物理学科蒋永进教授与中科院半导体所常凯教授、美国IBM公司Tony Low博士、荷兰M.I. Katanelson教授、西班牙F. Guinea教授合作,在石墨烯为基础的谷电子学方面取得重要的理论进展。今年1月,课题组在物理学顶级杂志《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表题为Generation of pure bulk valley current in graphene的研究论文(Phys. Rev. Lett. 110, 046601(2013))。

  石墨烯自2004年首次制备出以来,一直是凝聚态物理、材料物理领域的研究热点,国内外众多研究者纷纷投入该领域,从各个角度讨论它的性质和应用前景。从电子结构上看,石墨烯最重要的特点之一是具有被称为“谷”(valley)自旋的二重自由度。如何在石墨烯体系中实现“谷”自旋极化流一直是近些年石墨烯基础研究领域的一个重要目标。人们期望对“谷”自旋自由度进行量子操控,使之能应用于未来的信息技术。为此,人们提出了好多种可能的理论方案,包括利用锯齿边界态、高能各向异性色散、量子波导中的应变相关边界散射、光学注入等实现“谷”极化流的方案。我校物理学科的翟峰副教授近年来在石墨烯的“谷”自旋电子学的应用研究方面设计了几个理论方案,相关的研究成果已被他引40余次。

  蒋永进等人在研究中提出了一个全新的方案。该方案基于一个称为石墨烯纳米力学共振器(NEMs)的体系中的量子泵浦效应。这个体系由石墨烯悬挂在某个基底的沟槽上形成,沟槽底部为可调控电压的金属,与悬挂石墨烯形成一个电容结构。悬挂石墨烯的力学震荡行为可以通过金属电压的交流频率进行调控,可展现共振行为。2012年初发表在Nano Letters (纳米技术领域的国际顶级期刊,第12卷,850页)的一篇相关论文中,Tony Low和蒋永进等人已经研究过这个体系的力电耦合性质,并预言过这个体系中可能实现电流泵浦效应。进一步,考虑一个具有任意晶格角度的悬空石墨烯的纳米力学共振体系,它的应变和化学势都可以由沟槽底部的交流电压来调控,并形成绝热量子泵浦的两个参数。通过仔细的定量研究发现,可以利用绝热量子泵浦效应在石墨烯体内泵浦激发出“谷”自旋极化流。而且,在左右对称的几何结构中,这样产生的“谷”自旋极化流是“纯”的,即此时泵浦电流本身等于零。这一点在理论上很优美,但是如何探测这样的“谷”极化流也是一个基本问题。蒋永进等人在文章中设想了一种非常简单的纯电学的探测方案,即通过四端电压的测量来直接地“探测”体系中的纯“谷”极化流的存在。这个探测方案本身在理论上具有新颖性和原创性,是近十多年来被很多研究组发展起来的量子泵浦理论的一个新内容,而且以上方案在实验上也具有实现可能性,国际上已有好多个组报道了石墨烯纳米力学共振器方面的实验结果。

  《物理评论快报》由美国物理学会出版,综合报道世界各研究小组最新、且对整个科学研究领域有广泛影响的重要物理研究成果,是几十年来在物理领域公认的最具权威性的学术杂志。本次研究工作得到国家自然科学基金的资助,我校为该论文的第一单位与通讯单位。

  蒋永进教授自2004年进入浙江师范大学以来,发表SCI论文十余篇,其中在美国物理学会的
Physical Review B上发表论文7篇,内容涉及半导体自旋电子学、石墨烯以及拓扑绝缘体。

  据了解,这是我校物理学学科的科研人员作为第一或通讯作者第五次在《物理评论快报》上发表研究成果。高先龙教授2008和2009年发表了两篇关于冷原子和相互作用体系的研究论文,王一飞副研究员2011和2012年发表了2篇关于拓扑量子相变的研究论文。