文档介绍：项目名称:
低维自旋体系的量子效应及其调控
首席科学家:
丁海峰南京大学
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
教育部
一、研究内容
针对原子尺度人工微结构中自旋耦合机制与调控,主要开展以下研究:
利用单原子生长技术和原子加工功能人工设计间距可调的磁性原子链,研究原子间自旋相互作用的空间依赖关系。
利用团簇束流技术,合成具有独特自旋态的新型混合团簇,从实验和理论上探索原子间自旋相互作用及其随团簇尺寸的演变规律。
合成具有高磁各向异性的团簇组装体系,研究组装体系中团簇间、团簇与衬底间相互作用及其与自旋的相关性,建立团簇及其组装体系的自旋调控方法。
结合输运性质测量及结构表征,揭示时效、记忆效应与磁性颗粒间自旋相互作用以及颗粒的易轴取向的关联。
针对低维碳基材料的自旋输运机制及调控,主要开展以下研究:
利用自组装单分子膜(SAM)等方法制备铁磁/单分子层/铁磁的分子结(molecular junction)结构或铁磁/单分子复合纳米颗粒,通过对铁磁-分子化学键耦合强度调控界面势垒高度和宽度,以及对分子长度和结构等的系统调控,研究自旋在有机分子中注入、输运和探测的机理,以及可能的自旋操纵方法。
主要考虑有机半导体内自旋轨道耦合和氢核超精细耦合作用, 自旋极化子复合现象等,研究有机器件自旋注入与输运机理,分析有机特点及有机/无机界面耦合作用的影响等等,以期解释 OMAR 的产生机理。
以二硫烯和有机膦酸金属配合物体系为主要研究对象, 探索通过自组装、分子识别等弱相互作用途径实现其在外场中的自发自旋有序,研究电致光、电致磁效应及外加磁场和光对自旋的量子调控,并探讨实现原型器件的方法。
通过对 HCNTs 的五边形和七边形的拓扑缺陷和石墨化度带来的空位缺陷的浓度的控制,系统研究碳磁性产生的物理机理。
针对维度跨接对过渡族金属化合物的自旋调控,主要开展以下研究:
研究层状钌氧化物中电子从局域态到巡游态时电子自旋态的变化,通过外部作用和微结构对自旋进行调控, 探索轨道态调制对金属绝缘体相变、磁相变等物理行为的影响。
研究具有准一维或准二维自旋结构的体系(如尖晶石结构的 CuIr2S4 等)中派尔斯相变对自旋的调制及其电、磁行为。
研究 Fe 基材料中超导态与自旋密度波之间的关系, 探索自旋在超导机制中的作用。
针对具有自旋相关新效应的低维功能材料探索,主要开展以下研究:
设计以氧化物为基的新型低维材料体系;预示在具有空间限制的低维体系中的新颖物理现象,如交换偏置、自旋玻璃态、磁电阻效应等。
深入研究精细结构调控与低维材料制备工艺参数的关系;利用光、热、电、磁等手段调控其物理性能,发展实现自旋相关新物理效应的方法;探索具有实用价值的开关器件。
研究过渡金属如 Ni,Fe,Co 等与硫族元素如硫,硒、碲简单化合物的相结构及导电性或超导电性的机理;设计过渡金属元素与功能材料的低维体系,获得具有特殊量子调控效应的物理现象。
探索在室温条件下具有变磁性相变的磁性材料;研究磁场调控下自旋构型改变带来的磁输运和磁熵变性质的变化;研究各种因素对磁场实现自旋调控的影响。
二、预期目标
本项目的总体目标:
通过本项目的实施,发现并理解低维体系中的自旋相关效应,形成若干原创性理论与观点,在发展自旋量子调控的有效方法,开发具有自主知识产权的新型低维电、磁、晶格耦合材料,设计相应的自旋电子器件等方面取得突破性成果,逐步形成一支具有开拓创新精神、能胜任国家重大科研任务、具有国际竞争力的低维自旋量子调控研究团队,为我发展做出贡献。

五年预期目标:
,为自旋量子调控提供微观基础;基于原子团簇束流技术,发展出多种具有独特自旋态的原子团簇及其组装体系,获得其制备规律;阐明团簇的结构和磁性随团簇尺寸的演变规律,获得团簇内原子间自旋与轨道以及自旋间的相互作用规律;揭示团簇组装体系中团簇间、团簇与衬底间的相互作用及其与体系的结构、电荷分布和自旋态等的相关性。探索团簇及其组装体系中的自旋调控机制和基本规律,建立相应的自旋调控方法。
;理解分子结构、成分和界面等对自旋输运的影响;建立和发展有机自旋注入和输运的理论方法;揭示有机材料内新的自旋相关现象以及有机器件中的自旋结构、载流子特性、界面耦合等对自旋极化输运的影响;发现有关碳基分子自旋体系与外加电、光、磁、热等相互作用并诱导光学、磁学活性的规律,从理论上阐明结构与性能的关系。揭示螺旋结构、拓扑缺陷和石墨化度对螺旋碳纳米管磁性的影响,并对其进行调控。