拓扑与超导新物态调控 - 中国科学院科技论文预发布平台.PDF

中科院战略性先导科技专项（B类） Strategic Priority Research Programs (Category B) of the Chinese Academy of Sciences 拓扑与超导新物态调控 序态与新奇量子现象研究；（2 ）以发现室温超导为远景 1 立项背景及意义 目标的新材料探索和物性研究；（3 ）新物态探索与调 对物质状态的调控是推动科技发展的重要源动力之 控。这 3 方面研究内容都是紧密围绕着电子的自旋、轨 一。在人类发展历史上，对硅基材料中电子的调控，导 道和电荷自由度及其相互作用。前两个研究内容着重于 1 v 致了晶体管等电子器件的诞生，从而进入信息时代。但 新材料、新物态、新现象的探索，第 3 个研究内容着重 2 3 是，进入 21 世纪以来，随着器件尺寸的不断减小，能耗 于新物态的调控和量子器件的设计和制备。 0 0 问题、量子隧穿与量子涨落效应等从根本上阻碍了器件 通过本专项的实施，希望发现 2—3 种新的量子物 0 的进一步微型化和集成，成为现代信息和电子科技发展 态或效应，发现 2—3 个新型非常规超导体，为解决高温 . 2 0 的瓶颈。我们迫切地需要探索、开发高效率、低能耗和 超导机理提供几种决定性的实验证据。同时发展新的物 7 突破量子尺寸效应的新一代器件。从物理本质上看，传 态调控技术，设计和制备 1—2 种拓扑、超导原型器件， 1 0 统的半导体器件的物理基础，是半导体中电子的扩散输 发展新的物态调控技术。希望通过本专项长期稳定的支 2 : 运现象。可以说对半导体中电子扩散输运的深刻理解， 持，培养一批国际领军科学家，形成国际化研究中心， v i 催生了 20 世纪下半叶的一系列信息工业的革命。因此， 引领国际拓扑、超导及新物态调控领域发展方向，实现 X a 要突破目前电子工业的发展瓶颈，也必须建立在对凝聚 重大突破，占领国际制高点。 n i 物质新材料、新物态中电子运动模式的深刻理解之上。 h 2 取得的进展 c 物质的电磁性质主要由费米面附近的低能电子决定 的。电子具有电荷、自旋和轨道 3 个自由度。基于自旋 专项组织实施了“理论预测＋材料制备＋物性测 和轨道自由度的电子输运具有能耗低、效率高等特点， 量”的全新研发模式，立足国际基础前沿，充分利用电 只有充分利用电子的 3 个自由度，寻找新物态、发现新 子的电荷、自旋和轨道自由度，在拓扑、超导及新物态 效应并实现其调控，才能突破传统半导体单一调控电荷 调控领域取得了一批重大原创性科学成果。首次发现全 的限制，从根本上解决当代科技面临的重大挑战。近30 新的量子态——拓扑半金属（Dirac ／Weyl ），首次实 年来，基于电子 3 个自由度的一系列重要新物态和新量 现了 Cr 基、Mn 基化合物超导体，首次获得唯一尖晶石 子现象相继被发现，如量子霍尔效应、拓扑绝缘体、铜 结构氧化物超导体的电子态相图，发现非常规高温超 基/铁基高温超导和多铁性等。与此同时，有 10 余次诺贝 导体的电子结构基因，铁基超导体中发现类马约拉纳 尔奖授予了新物态和新量子效应的发现。 费米子，实验上实现学术界期待已久的硼烯，首次发 “拓扑与超导新物态调控”先导专项设置的 3 个项 现立方钙钛矿多铁电性等等。专项前两年共