磁性隧道結(jié)有能量耗散的電子輸運理論

課題執(zhí)行情況良好，基本按照“課題任務書”展開工作并向新的前沿課題延伸，完成課題研究任務，達到預期目標。共發(fā)表SCI論文17篇，其中包括Nature Communications 1篇，Physical Review Letters 3篇。重要研究進展包括：1）以自旋陳數(shù)理論為基礎，提出了時間反演對稱破缺的量子自旋霍爾效應，并建議了實驗觀察這一效應的可能途徑；2）建立了無蘭道能級的分數(shù)量子霍爾效應模型，為研究拓撲電子輸運現(xiàn)象指引了新的研究方向。 2100433B

我們計劃研究鐵磁/絕緣體/鐵磁異質(zhì)隧道結(jié)中的通過雜質(zhì)的有能量耗散的非彈性電子輸運現(xiàn)象。我們初步的理論工作表明，對于傳統(tǒng)的以氧化鋁，氧化鎳等為絕緣層的磁性隧道結(jié), 該種輸運行為對理解隧道磁電阻的葉尖狀零偏壓異常是至關(guān)重要的。在這個項目中，我們計劃考慮（1）電子隧穿矩陣元的能量依賴關(guān)系，（2）雜質(zhì)電子態(tài)較為真實的能級分布，將這個理論發(fā)展成可以細致描述在實驗所涉及的整個偏壓范圍內(nèi)隧道磁電阻電壓依賴關(guān)系的統(tǒng)一理論。進一步我們還將研究以氧化鎂為絕緣體的新型磁性隧道結(jié)中更為復雜的隧道磁電阻的電壓依賴關(guān)系。此外，有工作表明，這種有能量耗散的非彈性電子輸運理論在其它領(lǐng)域也有重要應用，如高溫超導體的STM實驗，因此我們還計劃應用我們發(fā)展的理論到其它前沿領(lǐng)域研究相關(guān)的實驗問題。

基于熱力學基本定律，研究粗粒土受力變形過程中的能量耗散，并據(jù)此建立本構(gòu)關(guān)系是本課題的研究目標。為此，首先研究粗粒土摩擦、剪脹及顆粒破碎的能量耗散機制，確定耗散函數(shù)；然后利用最小耗能原理，研究耗散函數(shù)的駐值條件，確定塑性應變增量方向；對耗散函數(shù)進行Legendre變換，得到耗散應力空間中的屈服函數(shù)；結(jié)合試驗，比較等內(nèi)參量時真實與耗散屈服應力的差別，研究遷移應力，得到真實應力空間中的屈服函數(shù)及其硬化規(guī)律；最后擬合試驗結(jié)果，確定模型參數(shù)。本課題的研究，掘棄了以德魯克公設為基礎的傳統(tǒng)塑性力學理論，具有較為嚴密的理論基礎，對推動巖土工程學科的發(fā)展，提高高土石壩應力變形分析的精度及可靠性，具有重要的學術(shù)價值和廣闊的工程應用前景。

納米材料的電子輸運是新型分子電子器件的物理基礎，近年來研究非?；钴S。納米材料的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)決定了它的電子輸運特性，據(jù)此可以設計具有不同功能的分子器件。把分子器件按要求組裝、排列起來，形成能夠完成不同任務的分子電路，不論在技術(shù)上還是在理論上都是一個關(guān)鍵問題。目前這方面的實驗研究已有所進展，但步履艱難。理論上，研究多個納米結(jié)構(gòu)在不同相互作用下的電子輸運，將對實驗有指導作用。. 本項目利用第一原理理論、分子動力學理論和半經(jīng)典隧穿理論，系統(tǒng)地計算不同結(jié)構(gòu)的納米碳管、富勒烯分子串聯(lián)或并聯(lián)組裝于金屬電極之間時的電流－電壓特性。當分子之間以及分子與電極之間的耦合較弱時，利用半經(jīng)典隧穿理論計算隧穿電流，而耦合較強時則用第一原理計算。分析這些納米組裝結(jié)構(gòu)的電子輸運特性與微觀原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、耦合強度的關(guān)系，能夠為分子器件組裝的設計打下理論基礎。 2100433B

耗散結(jié)構(gòu)理論可概括為：一個遠離平衡態(tài)的非線性的開放系統(tǒng)(不管是物理的、化學的、生物的乃至社會的、經(jīng)濟的系統(tǒng))通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在系統(tǒng)內(nèi)部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統(tǒng)可能發(fā)生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。這種在遠離平衡的非線性區(qū)形成的新的穩(wěn)定的宏觀有序結(jié)構(gòu)，由于需要不斷與外界交換物質(zhì)或能量才能維持，因此稱之為“耗散結(jié)構(gòu)”(dissipative structure)。