项目主持人：刘根华
项目类型：国家自然科学基金
项目名称：应力对二维拓扑绝缘体输运性质的影响
项目编号：11147187
项目起止日期：2012-01至2012-12
项目组成人员：刘根华、单正平
项目研究内容简介（1000字）：
本项目主要围绕HgTe/CdTe二维拓扑绝缘体在应力作用下的一些基本物理问题展开工作。这些问题包括：应力与自旋轨道耦合、电子结构、量子输运性质等之间的内在关联；这种关系对拓扑相变有何影响；外加应力时边缘态的自旋劈裂、自旋调控及自旋相关问题方面的应用展开探讨。具体内容包括：
(1)应力作用下2D拓扑绝缘体电子结构：近年来已有大量工作研究2D拓扑绝缘体的电子结构，我们将在此基础上重点研究利用应力来调控自旋轨道耦合、能带结构和拓扑相变；研究自旋轨道耦合与应力、电场和量子阱结构参数之间存在的定量和定性关系。
i．研究HgTe/CdTe量子阱在单轴应力作用下的晶格形变、能带结构和带隙大小，以及产生拓扑相变时，量子阱的临界厚度与应力的关系, helical边缘态电子结构相对无应力时的变化。
ii．研究有限尺寸的HgTe/CdTe霍尔bar在单轴应力作用下，能带结构、带隙大小及拓扑相变随应变、霍尔bar的宽度及阱厚度的变化规律。
iii．研究2D拓扑绝缘体在应力和电场的作用下，自旋轨道耦合与应力、电场及结构参数之间的内在关联，并总结出helical边缘态的Rashba自旋劈裂模型。研究该体系各向异性的自旋轨道耦合与实空间拓扑相变的依赖关系。
(2) 应力作用下2D拓扑绝缘体输运性质：上述体系的电子结构决定了其量子输运性质，能带结构的改变加上电极的影响能使体系展现出更为丰富的量子输运特性。
iv．研究HgTe/CdTe二维拓扑绝缘体在应变和电场作用对helical边缘态QSH效应的影响，比较该体系中体态与边缘态的输运性质；研究有限宽度霍尔bar在应变下两侧边缘态的耦合，并探讨有限尺寸、量子限制对霍尔bar中体态和边缘态输运性质的影响。
项目主持人简介（500字）：
刘根华，讲师，2010年6月在中国科学院半导体研究所获得博士学位。致力于介观量子输运、半导体光电信息及其相关交叉学科前沿课题研究。在APL、JPCM、JAP、EPJB、JCG、CPL等国内外学术刊物发表研究论文11篇。其中第一作者8篇，被他人引用总计已达20多次，并且有两篇论文入选APS虚拟刊物 Nanoscale Science & Technology。2010年进入中南林业科技大学计信院，主要从事低维半导体和拓扑绝缘体输运性质及其应用的研究。目前已获得项目资助两项，其中国家自科基金专项基金一项和中国科学院半导体研究所开放课题一个。
代表性论文如下：
1. Genhua Liu et al.，Effect of transverse electric field on helical edge states in a quantum spin-Hall system, Applied Physics Letters 99, 222111 (2011).
2. Genhua Liu et al.， Strong spin splitting induced by uniaxial stress in InAs nanowires, Journal of Physics：Condensed Matter 23, 015801 (2011).
3. Genhua Liu et al.，Spin precession induced by effective magnetic field in a two dimensional electron gas. Applied Physics Letters 93, 233108 (2008).
4. Genhua Liu et al.，Spin-dependent transport and spin polarization in coupled quantum wells. Journal Applied Physics 104, 064321 (2008).
5. Genhua Liu et al.，Spin precession and electron spin polarization wave in [001]-grown quantum wells. European Physical Journal B 70, 397 (2009).
6. Genhua Liu et al.，Temperature-dependent transport and spin accumulationin a quantum wire with Rashba spin-orbit interaction. European Physical Journal B 65, 85 (2008).
7. Genhua Liu et al.，A possible realization of spin filter using a quantum wire with a Rashba spin- orbit coupling Journal Applied Physics101, 063704. (2007).
8. Genhua Liu et al.， Conductance for a quantum wire with weak Rashba spin-orbit coupling. Chinese Physics Letters 22, 3159 (2005).