附件(二)_HKU 沈顺清.PDF

附件(二) (一) 項 目 名 稱 量子輸運和拓扑量子材料 (二) 項 目 簡 介 這 個 項 目 始 於 2004 年 ， 完 成 於 2013 年 1 月 ， 歷 時 8 年 。 由 沈 順 清 教 授 和 他 領 導 的 小 組 成 員 ， 盧 海 舟 ， 李 牮 ， 和 單 文 語 一 起 完 成 。 本 項 目 起 初 源 於 對 半 導 體 電 子 自 旋 流 的 研 究 。 自 旋 電 子 學 的 興 起 ， 旨 在 以 電 子 自 旋 取 代 半 導 體 器 件 中 的 電 荷 ， 成 為 半 導 體 工 業 發 展 一 個 新 的 契 機 和 研 究 方 向 。早 在 1997 年 沈 順 清 提 出 了 自 旋 螺 旋 態 可 以 產 生 持 續 自 旋 流 的 物 理 機 制 [Phys. Lett. A 235, 403(1997)] 。 這 是 本 項 目 最 初 的 相 關 工 作 。 2003 年 在 自 旋 霍 爾 效 應 的 發 現 後 ， 沈 順 清 在 香 港 大 學 正 式 開 始 了 本 項 目 的 研 究 。 2004 年 沈 順 清 提 出 了 自 旋 霍 爾 效 應 和 Berry 相 位 的 關 係 ， 顯 示 該 效 應 與 拓 撲 學 之 間 的 內 在 聯 繫 ［ 6 ］。2005 年 沈 順 清 發 現 自 旋 流 在 電 場 下 能 感 受 到 切 向 作 用 ， 對 應 於 電 流 在 磁 場 下 感 受 到 洛 侖 滋 力 ， 提 出 了 自 旋 切 向 力 的 概 念 ［ 7 ］， 為 理 解 電 子 自 旋 在 自 旋 軌 道 耦 合 下 的 輸 運 行 為 提 供 了 唯 像 理 論 。 量 子 自 旋 霍 爾 效 應 的 提 出 和 發 現 使 得 以 應 用 自 旋 流 為 目 的 研 究 轉 向 對 基 礎 物 理 的 研 究 。 量 子 自 旋 霍 爾 效 應 能 提 供 穩 定 的 自 旋 流 ， 同 時 也 是 一 種 新 的 量 子 物 質 狀 態 ， 即 二 維 拓 撲 絶 緣 體 。 它 體 內 電 荷 絶 緣 ， 而 邊 界 存 在 載 有 自 旋 流 的 螺 旋 電 子 邊 界 態 。 這 是 電 子 能 帶 論 和 拓 撲 學 結 合 的 產 物 ， 現 已 成 為 凝 聚 態 物 理 和 材 料 科 學 的 一 個 重 要 領 域 。 2009 年 沈 順 清 和 李 牮 ， 儲 瑞 林 及 美 國 賓 州 州 立 大 學 Jain 提 出 了 拓 撲 安 德 森 絶 緣 體 理 論 ［ 1 ］， 開 創 了 拓 撲 絶 緣 體 和 無 序 系 統 研 究 的 新 方 向 。 把 拓 撲 能 帶 絶 緣 體 的 概 念 推 廣 到 無 序 引 起 安 德 森 絶 緣 體 ， 發 現 電 子 局 域 化 後 的 遷 移 率 間 隙 可 以 保 護 螺 旋 電 子 邊 界 態 形 成 量 子 自 旋 霍 爾 效 應 。 這 個 概 念 目 前 已 被 推 廣 至 三 維 繫 統 ， 光 子 晶 體 ， 和 無 序 超 導 體 ， 已 是 該 領 域 的 一 個 重 要 的 研 究 課 題 。 2010 年 單 文 語 ， 盧 海 舟 和 沈 順 清 成 功 得 到 給 出 了 拓 撲 絶 緣 體 的 表 面 態 的 波 函 數 ， 建 立 了 三 維 拓 撲 絶 緣 體 的 有 效 表 面 態 理 論 ［ 2 ］， 並 和 其 合 作 者 美 國 德 州 Austin 分 校 的 牛 謙 和 香 港 大 學 的 姚 望 一 起 提 出 了 三 維 拓 撲 絶 緣 體 的 薄 膜 理 論［ 3 ］， 預 言 了 拓 撲 絶 緣 體 表 面 態 ， 由 於 有 限 尺 寸 效 應 會 形 成 能 隙 。 沈 順 清 和 單 文 語 配 合 北 京 清 華 大 學 薛 其 坤 小 組 實 驗 上 驗 證 了 這 個 預 言 ［ 12 ］。 同 時 這 個 預 言 也 得 到 日 本 等 其 它 實 驗 組 的 驗 證 。 這 組 系 列 工 作 得 到 廣 泛 的 引 用 和 同