科技项目申请报告

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1、科技工程申请报告科技工程申请报告是指科技人员根据科研主管机构或课题委托 机构的科技工程。如下是网为大家的科技工程申请报告，欢迎大家 借鉴。本工程将着重于新型量子功能材料的物性表征和新型量子功能 材料的探索。主要研究方向为关联系统中的高温超导体、庞磁阻材 料、石墨烯和拓扑绝缘体等材料中的电荷、轨道、自旋等自由度相 互竞争、相互耦合，以及因此产生的多个量子态竞争和共存、自旋 量子霍尔效应等现象。探索新型量子功能材料、发现新的量子态;对 新型量子材料的物理根本性质进展研究、输运性质进展高精度测 量、结合理论研究理解关联体系的物理机制;利用各种实验手段测量 石墨烯和拓扑绝缘体的物理性质，研究因维数效应

2、产生的新奇物理 现象。按照工程的不同侧重点和研究手段的不同，将工程按照材料 探索、物性研究、输运性质的高精度测量和低维体系四个方面展开 研究：1、新型超导材料和量子态的探索：本课题的首要目标是探索新的高温超导材料，同时开展晶格构 造和电子构造分析技术，以及超高压测量技术，分析自旋、电荷、 轨道等有序现象，努力发现新的量子现象。研究内容互相补充，细 分为以下几个方向：(1) 新材料的探索与合成及单晶生长：探索新超导材料，主要 从事铁基超导材料以及类似的层状、多层含有类似Fe-As面的多元 化合物的探索，以及包含稀土和过渡元素的其他层状多元化合物中 的新材料探索;总结样品合成和成相规律，开展新方法

3、、新工艺，寻 找新现象、新效应;另外将生长高质量单晶样品以用于深入的物理研 究。(2) 晶体构造表征与研究：对发现的新材料进展晶格构造、化 学成分的表征，从而促进材料的探索;研究新的构造现象，深入分析 新型超导体的微构造-物理性能之间的关联，研究化学成键、电子能 带构造，研究高/低温构造相变等，研究晶格中缺陷、畸变对超导的 影响。(3) 超高压下的量子效应研究：研发一套超高压低温测量系统 (100GPa，1.5K)，在此根底上研究超高压下铁基材料以及其他新材 料中可能出现的新奇量子现象、超高压对超导转变的影响、高压高 场下材料的物性和相图，探索高压下可能出现的新量子态和新奇量 子现象。(4)

4、中子散射研究：研究铜氧化物和铁基高温超导材料以及其 他新材料的晶格精细构造，电子自旋、电荷、轨道有序构造，研究 超导材料及其母体中的自旋激发、自旋涨落的形成、演变及其和超 导的关系，研究材料中形成的新的量子态和量子现象。2、关联体系量子功能材料的物性研究：利用谱学的方法研究新型量子功能材料的电子构造，主要包括 ARPES，STM和自旋极化的STM(SP-STM)，以及红外光谱的方法研究 关联系统(以高温超导体和庞磁阻材料为主)的电子构造，争取在高 温超导和庞磁阻材料的机理研究中有重大突破。详细到各种谱学实 验方法和强关联体系中的问题，细分为：(1) 以高精度角分辨光电子能谱为手段，深入研究以高

5、温超导 体(包括铜氧超导体和铁基超导体)为主的多种新奇超导体材料。本 工程将结合我们在高温超导材料和角分辨光电子能谱上的优势，对 高温超导体进展深入系统的研究，重点研究超导态对称性、赝能 隙、电子与其它集体激发模式耦合等现象。(2) 锰氧化物体系，特别是三维钙钛矿构造锰氧化物薄膜的电 子构造，我们将在不同晶格参数的衬底上生长具有不同组分和厚度 的高品质外延锰氧化物薄膜，用ARPES原位测量体系的电子构造。 总结锰氧化物体系电子构造随组分、应力和温度的变化规律，研究 电子-电子及电子-波色子相互作用对电子行为的影响，提醒电子构 造和宏观物理特性之间的联系。从电子构造的角度出发试图说明锰 氧化物体

6、系庞磁阻、相别离、电荷轨道有序等异常物理性质的内在 机理。(3) 利用STM特有的原子级空间分辨率，局域态密度能谱，能 量分辨谱图，及原子操纵功能。通过高分辨率的空间扫描成像，定 位外表相关原子层构造，特别是掺杂原子的位置。研究掺杂原子对 外表原子层构造的调制。通过局域态密度能谱，研究库珀电子对的 激发态(超导能隙)与赝能隙(pseudogap)的关系。通过分析能量分辨 谱图，研究超导序的二维构造及其演变规律。通过改变温度，调整 掺杂浓度，及外加磁场，我们可以直观地观察超导序外表二维构造 的变化。(4) 开展SP-STM技术研究高温超导材料中电子自旋构造。这个 新型的SP-STM将能提供原子级

7、空间分辨率和自旋极化分辨的谱图图 像。利用这一工具，我们将着重研究在反铁磁与超导共存的高温超 导体中的反铁磁自旋构造，超导磁通蜗旋中反铁磁核心的存在早已 由SO(5)理论预测，此结果将验证SO(5)理论预测的结果。另外，我 们将利用这一工具研究外表吸附的磁性原子对局域态密度能谱的影 响及其与超导电子对的相互作用。(5) 建立强磁场下的红外反射谱测量系统，研究磁场下高温铜 氧化物超导体和铁基超导体的准粒子激发行为。重点研究铜氧超导 体和铁基超导体中电子与集体激发-声子激发/自旋激发模式的耦合 问题。我们将用光学响应或光电导谱对材料的电子构造，传导载流 子的动力学性质等重要信息进展分析，研究超导配

8、对引起的能隙特 征，提醒电子是与何种集体模式存在较强的耦合等根本信息。(6) 利用高压多重合成条件获得构造简单和性质独特的高质量 的铜基和铁基高温超导体及巡游磁性体系单晶，探寻关联体系金属 化过程的量子序及其调控机制。在我们成功的高温高压合成以上具 有特点的多晶材料的根底上，进一步优化压力、温度和组分等极端 合成条件，研制和研究在构造简单的、高质量的含卤素的 Sr2CuO2+6Cl2-x高温超导体单晶和可能的巡游型BaRuO3单晶，以 及“111”型铁基超导体单晶体;运用多种能谱学、磁性、显微学等 物理条件的综合表征体系，研究提醒这些体系的量子有序规律。(7) 利用我们开展的新的理论和计算方法

9、，结合实验组的研究 进展对多种过渡金属氧化物及其奇异物性进展定量的研究。一方 面，为各种实验现象及其物理本质提供理论解释，另一方面，计算 模拟并预测一些新型的量子有序现象，包括金属-绝缘体相变，轨道 选择性的Mott转变，轨道有序态，Berry相等等。主要研究内容包 括自旋与轨道自由度相关的量子现象计算研究；受限强关联电子系 统中的量子现象计算研究。3、量子材料输运性质的高精度测量(1) 首先我们将致力于自行研制加工一套较完备的电学、热学 和磁学测量装置，其中包括热导率、热电势、能斯特效应、微晶比 热和微杠杆磁强计等较独特的手段。这些装置将可以工作在低温、 高真空、强磁场的极端物理条件下，测量

10、结果的精度具有国际领先 水平。将完善一套低温比热测量装置，获得比一般商业手段高出一 个量级的测量精度。建造一套转角度的比热测量系统。研究非常规 超导体的低能激发和配对对称性。完善小Hall探头系统和磁场极慢 扫描的振动样品磁强计，精细测量磁场穿透行为，确定下临界磁场 和超流密度随温度的变化关系。(2) 我们将对高温超导体、铁基超导体和钠钻氧体系进展深入 的实验研究。这三个体系的共性是由于电子强关联作用，电荷与自 旋自由度有别离的倾向，然而相互之间又存在着精微的相互作用， 从而导致高温超导、超导与磁性紧邻甚至共存、居里-外斯金属等奇 妙的物理现象。如何理解电荷与自旋自由度的关系是强关联物理的 核

11、论问题之一。我们可以通过选取特定的研究手段而选择性地分别 探测电荷与自旋元激发，也可以同时研究二者之间的相互作用。将 这些不同的手段结合起来将可以对关联体系中电荷与自旋的行为提 供一个较完整的图像。我们关注的主要问题包括磁性与超导的相互 关系、电荷与自旋有序态的形成机制、自旋自由度对电荷输运和熵 输运的影响，等等。(3) 电荷与自旋的相互作用也是很多功能性关联材料在器件应 用方面的物理根底，例如钠钻氧体系中自旋熵对热电效应的奉献、 多铁材料中外加电场对自旋取向的控制、锰氧化物中外加磁场对电 阻的宏大影响，等等。在对电荷自旋相互作用根本原理的理解根底 上，我们还将探索它们在功能性器件应用方面，特

12、别是超导效应、 热电效应、磁阻效应等在能源和信息领域的新思路、新途径。(4) 充分利用化学掺杂和构造修饰进展新量子材料体系的探索工作。采 用适宜的化学合成方法以及良好的合成设备，获得高质量的符合要 求的样品。采用x射线衍射、电子显微镜等常规实验手段对样品进 展构造表征。必要时，通过同步辐射、中子衍射等大型研究设施对 系统的构造作更细致的测量。对高质量样品进展各种精细的物理性 质测量。包括电阻、磁电阻、霍尔效应、热电效应、能斯特效应、 磁化强度、比热、热导、光学性质以及核磁共振和穆斯鲍尔谱等。 归纳、总结系统的物理规律特性与电子相图。(5) 在新型铁基超导体系方面，我们将以元素替代作为主要探 针

13、，研究铁基超导体的超导机理。理论上拟以CeFeAsO1-xFx、 CeFeAs1-x PxO等材料为代表，开展从磁性“坏金属”或“近莫特 绝缘体”到重费米子液体过渡的理论框架，用平均场等方法、结合 数值计算来研究这一理论，并以此来解释铁基超导材料在输运性 质、磁学性质等方面表现出来的多样性和复杂性，探索这类体系中 可能出现的奇特量子相变和相应的量子临界性。(6) 在铜氧化物高温超导方面，结合前述准确实验测量，我们 将以掺杂莫特绝缘体模型为出发点，研究赝能隙区可能存在的隐藏 的量子序、量子序和超导态的竞争和共存、费米面的重组、以及到 费米液体区的量子相变。希望由此理解超导相图中在最正确掺杂区 附

14、近可能出现的量子临界点以及相联系的一系列反常输运和磁学性 质;在重费米合金方面，我们拟以CeCu2(Si1-xGex)2等材料为代 表，详细考察关联杂化项对量子临界点产生的影响，研究由于可能 由于压力效应引起的f轨道价态杂变化，以及两个近邻的量子相 变，确定相应的电阻标度行为和量子临界性。4、低维量子体系和量子态的研究：(1) 探索制备高质量的石墨烯单晶的方法，研究生长条件对单 层石墨烯构造的影响，探索重复性好、效率高、本钱低、易控制的 制备技术。表征单层石墨烯长程有序度。通过变温、低温STM/STS，深入研究石墨烯体系的本征电子构造以及缺陷、掺杂对电 子构造的调制。生长高质量拓扑绝缘体单晶，

15、研究它们的根本性 质。(2) 探索和生长高质量的拓扑绝缘体材料，拓扑绝缘体大部分 是合金材料，需要优化目前晶体生长工艺。争取准备组分分布均 匀，形状规整的大尺寸二元固溶体多晶锭料。(3) 利用STM和扫描隧道谱(STS)表征，研究膜石墨烯的几何构 造和本征电子构造。测量石墨烯膜的扶手椅型边缘和锯齿型边缘的 局域电、磁性质。将充分发挥变温STM的优势，研究单个分子以及 多个分子在石墨烯外表可能的奇异动力学行为或几何构造，物化特 征。(4) 利用，丁冲研究在拓扑绝缘体的金属外表态;通过外表沉积非 磁性杂质研究狄拉克费米子和杂质的相互作用，无磁性中性杂质对 于拓扑绝缘体外表狄拉克费米子的散射，为输运

16、性质的研究提供根 底,检验和理解前人有效理论预言的拓扑磁电效应。利用自旋分辨 的STM技术，观察杂质在实空间诱导的自旋texture。在外表沉积 磁性杂质，研究体内磁性杂质所造成的时间反演破缺对于边界态的 影响。尤其在带有内部自由度的杂质的研究中，着重研究在拓扑绝 缘体背景下两个杂质的内部自由度相互间的量子关联，这对于量子 信息处理将可能有重要的潜在价值。(5) 利用角分辨光电子谱测量石墨烯的电子构造，包括石墨烯 的色散关系，电子-声子相互作用，电子-激子相互作用，能隙的大 小等，以及这些参数随石墨烯层数、石墨烯与衬底相互作用导致的 电子构造的变化。利用ARPES研究拓扑绝缘体的外表态，确定能

17、级 色散关系，狄拉克点的数目，判定系统是否是强的拓扑绝缘体。利 用自旋分辨的ARPES和不同偏振模式的光源分辨电子不同自旋分支 的色散关系，测量电子自旋的极化特性。(6) 利用核磁共振技术(NMR)研究研究三维拓扑绝缘体的磁性 质，从磁性质上找到拓扑绝缘相变的证据。使用高压和掺杂技术调 节三维拓扑绝缘体量子相变，进一步研究其在量子相变点的特性。 改进NMR系统，提高核磁共振的灵敏性,从而可以对拓扑绝缘体的外 表态进展研究。研究外表的磁激发谱及其金属态的特性，从而得到 外表态在微波波段的磁性质，并进一步与块材绝缘态的性质进展比 照。(7) 利用第一原理计算方法(GW)、考虑电子在石墨烯的自能相

18、互作用和电子-空穴相互作用(GW-BSE方法)，解决在外加电场下双 层石墨烯的电子构造，双层石墨烯的光学性质对外加电场的依赖关 系。以更加直观的物理语言澄清低能有效理论所包含的物理实质。(8) 理论研究拓扑绝缘体体内掺杂后的物理性质以及外表态物 理性质。着重研究体系的输运和光学性质，探讨自旋轨道耦合以及 拓扑效应在其中扮演的角色。理论研究说明拓扑绝缘体的体内和边 界上支持分数化激发的存在，我们拟从理论上进一步解释在扑绝缘 体上出现分数化激发的惊奇现象。研究拓扑绝缘体内部以及边界上 的量子关联和量子纠缠，理解和直观地刻画这种量子关联对于拓扑 序的研究以及应用。1、立题依据充分，国内外动态和信息了解清楚2、课题科学意义重大，具有较好的应用前景3、起点高，学术构思新，有创见4、与国内外同类工作相比，有自己的特色，防止重复5、课题研究范围不宜过大，内容过多，主攻方向明确、集中6、技术路线清楚，设计方案合理可行，研究方法力求先进6、充分说明已有研究的根底和技术条件，研究小组的优势和实 力8、预期结果明确，充分展示预试验的结果，突出把握性和可行 性9、申报手续完备，各栏目填写完整、齐全、清楚、实是求是10、认真选择申报学科专业，以便同行评议和终审顺利通过11、研究小组人员构造合理，实力较强，时间保证，符合规定