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介觀系統的自旋抽運與電荷抽運(II)
(2005)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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交通大學電子物理系
介觀系統的自旋抽運與電荷抽運(III)
(2006)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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交通大學電子物理系
圖樣化缺陷/吸附原子和與電磁場對石墨烯電子與傳輸之效應
(2014)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
圖樣化缺陷/吸附原子和與電磁場對石墨烯電子與傳輸之效應
(2013)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
圖樣化缺陷/吸附原子和與電磁場對石墨烯電子與傳輸之效應
(2015)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
這個計畫的目標是探討在單層石墨烯中，藉缺陷、吸附原子、外加電磁場所產生的電子態和/或共振態。我們將會尋找可能的共振態以及它們和pseudospin或valley-sensitive過程有連結的的物理性質，同時將會提出調控這些共振態的傳輸特徵(Fano profile)以及pseudospin空間分布的方法。我們將會尋找一些特徵，像是在時變穿透率中的遽降結構(dip structures)，其產生原因是與一個圓偏振電磁場入射這系統時打開的能隙有關。對於在單層石墨烯上缺陷和吸附原子的效應，我們有兩方面的目標。第一，我們計畫詳細的研究一些由於缺陷或吸附原子所引起的共振態，並研究這共振態與開放邊界(open-boundary)、edge-potential、及缺陷或吸附原子之間的關係。我們對扶椅型(armchair)的開放邊界特別有興趣，是由於我們最近發現邊緣位能(edge-potential)可以產生有色散(dispersive)的邊緣態有關。第二，我們計畫研究缺陷或吸附原子晶格圖案(lattice-patterned)的能帶結構。對於在單層石墨烯外加電磁場的效應，我們將利用緊束縛模型，發展時變傳輸問題的計算方法。它提供了我們一個自然的架構，來探討以下的議題：(1) 低和高的入射能量(2) 能帶變形(warping effects) (3) 時變位能方向性(orientation)的效應(4) 能谷間(inter-valley)與能谷內(intra-valley)躍遷過程. 此時變調整的傳輸，包含時變位能、線性偏振以及圓偏振的電磁場之間的互相影響。另外，靜態位能與以上各時變物理量之間的交互作用也會被探討。
在多種拓樸系統中以全電性的方式產生與調控邊緣態
(2012)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
此提案目標在多種拓樸系統中，探究以全電性的方式生產與調控邊緣態的可能性。計畫中有三種不同感到有趣的拓樸系統，名為扶手型開放邊界、帶狀HgTe量子井以及人工拓樸系統。 A) 扶手型開放邊界的石墨烯: 吾計畫去探究施加邊緣電位於扶手型帶狀石墨烯的效應，此延續著我們施加邊緣電位於扶手型石墨烯的開放邊界，此處原子被施予on-site energy，能形成非Tamm類型的邊緣態的發現。其中特別感興趣的是在扶手型帶狀石墨烯中產生垂直於平面的贗自旋的研究以及利用邊緣電位進行邊緣態的抽運研究。於後者，邊緣電位同時具有靜態與時間週期分量。 B) 帶狀HgTe量子井: 吾計畫去探究分裂式閘極(split-gate)量子接點對於帶狀HgTe量子井傳輸特性的效應，吾將聚焦在分裂式閘極(split-gate)對於邊於態的效應，亦即閘極對於邊緣態能有多少程度的橫向位移。進而仔細地研究邊緣態、體態與其導致的量子傳輸特性其間的交互作用。可預期地邊緣態與體態對於閘極量子接點的不同反應能提供我們額外的著力點去探究系中的拓樸性質並且能再進一步研究電荷與自旋的量子抽運。於後者，邊緣電位同時具有靜態與時間週期分量。 C) 人工拓樸系統: 人工拓樸系統中，吾將聚焦在能以背閘調變的偏壓，其空間分佈為台階狀，對於延著階狀方向邊緣態形成的效應。此人工拓樸系統由垂直於奈米圖樣化的二維電子氣所形成。延著階狀邊緣態的物理特性改變將會被研究。二維電子氣平面的奈米圖像包括金屬閘晶格，其基本拓樸自然特性已在上一個計畫有所研究，以及在磁場中由被磁通量管所通過的二維電子氣平面，此二維電子氣被平放在 type-II型的超導體平面上。
奈米圖樣化的二維電子系統中拓樸絕緣體物理之研究
(2011)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
我們用理論探索在奈米圖模下二維電子氣可能實現的人造拓樸絕緣體。二維電子氣的高遷移率與成熟的製程技術吸引對於拓樸絕緣體上較完計畫標題:研究在奈米圖模下二維電子氣的拓樸絕緣體物理 1. 去探索奈米圖模下二維電子氣具有的拓樸絕緣體物理 2. 對以後的研究建立一個在二維電子氣的製程科技可實現的新穎機能基礎理論框架整尺度物理研究的可能性。我們特別關注的是自旋軌道交互作用,包含本質自旋軌道交互作用,像在奈米圖模下二維電子氣的Rahsba, Dresselhaus自旋軌道交互作用。這些效應造成的能隙打開和邊緣態將被研究。奈米圖模下二維電子氣包括中空圓,奈米閘極和磁通量晶格之各種形式晶格將被研究。自旋軌道交互作用可由均勻或週期的閘極圖模所造成。探討拓樸絕緣體對晶格具有和不具有反轉對稱的相關性質。中空圓使用硬牆式位能而鬆餅形位能可使用奈米閘極控制。研究在高對稱點K,M,Γ上由於自旋軌道交互作用引起的能階交叉和能隙打開,以及其他在布里淵區內的k點。布洛赫函數可用晶格中心的圓柱形波函數構成,將之推廣到二維磁通量晶格由於自旋軌道交互作用引起的能隙打開,對於每個佔據能帶可以計算Berry曲率和Chern數。透過直接計算邊緣態的波函數以及色散關係可以引入適當的邊界條件。我們特別想探討樣品邊緣方向性對於邊緣態的相關性。我們的目標是對以後研究建立一個在二維電子氣可實現的新穎機能理論框架。
操控半導體電子自旋的動力行為與傳輸的研究
(2008)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系(所)
這份研究計畫主要有下列三個目標： [1].對自旋霍爾效應(spin-Hall)中自旋堆壘效應(spin accumulation)的物理取得更透徹的瞭解，並全面地瞭解到自旋堆壘與同時結合內秉的(intrinsic)與非內秉的 (extrinsic)自旋軌道交互作用(SOI: spin-orbit interaction)之間的相互對應關係: 內秉的自旋軌道作互交用包括Rashba 和Dresselhaus 兩項，而非內秉的SOI 主要係由SOI 的散射效應而來，其散射體如一些重雜質的存在即是。其中關於不同SOIs 之間如何相互作用影響的物理圖像更是大家特別感興趣與關注的。其他一併加進來研究考慮的相關影響因子有如：二維電子氣(2DEG)的有限厚度效應(finite-thickness effect)，晶格的方向性，和局部散射粒子附近的自旋堆壘效應等。我們希望能透過這些一一的瞭解而藉以在給予直流(dc)電場的環境影響下，能找出「最適化」的條件以達到最大的自旋堆壘效果。 [2].對直流(dc)磁場和交流(ac)電場與自旋堆壘的現象、機制與影響取得透徹而全面的瞭解：垂直於的或平行於(in-plane)樣品方向的直流(dc)磁場都是研究的重點。其中垂直於的樣品方向的直流(dc)磁場乃作為提供操控系統中自旋對稱(spin-symmetry)的額外自由由度以獲致最大自旋堆壘的可能。而垂直於樣品方向的直流(dc)磁場，如調製在弱場(weak field)範圍的影響下的迴旋運動(cyclotron motion)情形；與如在強場(strong field) 範圍的影響下產生的Landau-quantization 效應，則可來用以利作為另一種調製觀察自旋堆壘效果的手段。除此之外，於推廣到有限頻率範圍時(finite frequency regime)，自旋動力學中的同調-非彈性碰撞過程便自然需要再加以引入進來計算裡。為了能以一種似古典(classical-like)的途徑來加以描述這些效應和過程，我們也將從Keldysh-Green 函數出發，來推廣目前自旋擴散方程(spin-diffusion eqn) 讓其進一步能兼顧到同時含有ac 以及dc 外場的作用。藉此也同時來瞭解這些效應對於塊材(bulk)極化與邊緣(edge)極化情形之影響。 [3].探討透過純粹電性的方法來偵測傳輸自旋的現象(spin transport)：透過利用SOI 效應，橫向的荷電流(charge current)自然也可以由自旋電流 (spin-current)中加以產生。這也正是所謂的逆向(inverse)自旋霍爾效應的結果。我們循此觀念將考慮在不同的系統配置中的自旋電流注射(spin-current injection) 的情形：從而分析計算由擴散機制主導範圍(diffusion regime)及彈道(ballistic) 機制主導範圍裡所可能衍生的各種對應的荷電流表現的情形。這些結構中將包含一條開放性的導線，和一條與它相交的導線。外在場的作用影響亦在此放進來考慮。而關於在彈道機制主導的系統中其自旋電流注射(spin-current injection)的實現則可由我們先前的研究工作中的方法：以交流相變(ac biased) 的手指閘極(finger-gate)所給出。對於擴散機制所主導的作用範圍(diffusion regime)裡，自旋擴散方程(spin-diffusion eqn)中的SOI-coupling 參數自然也隨之需要擴展到兼具時變性和空間變動性。對此於荷電流，荷電堆壘(charge accumulation)，與自旋電流的相關性將被更深入完整地探討。這些瞭解都將可用於設計發展以純粹電性的方法來達到自旋電流偵測的目標。
操控半導體電子自旋的動力行為與傳輸的研究
(2009)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系(所)
這份研究計畫主要有下列三個目標： [1].對自旋霍爾效應(spin-Hall)中自旋堆壘效應(spin accumulation)的物理取得更透徹的瞭解，並全面地瞭解到自旋堆壘與同時結合內秉的(intrinsic)與非內秉的 (extrinsic)自旋軌道交互作用(SOI: spin-orbit interaction)之間的相互對應關係: 內秉的自旋軌道作互交用包括Rashba 和Dresselhaus 兩項，而非內秉的SOI 主要係由SOI 的散射效應而來，其散射體如一些重雜質的存在即是。其中關於不同SOIs 之間如何相互作用影響的物理圖像更是大家特別感興趣與關注的。其他一併加進來研究考慮的相關影響因子有如：二維電子氣(2DEG)的有限厚度效應(finite-thickness effect)，晶格的方向性，和局部散射粒子附近的自旋堆壘效應等。我們希望能透過這些一一的瞭解而藉以在給予直流(dc)電場的環境影響下，能找出「最適化」的條件以達到最大的自旋堆壘效果。 [2].對直流(dc)磁場和交流(ac)電場與自旋堆壘的現象、機制與影響取得透徹而全面的瞭解：垂直於的或平行於(in-plane)樣品方向的直流(dc)磁場都是研究的重點。其中垂直於的樣品方向的直流(dc)磁場乃作為提供操控系統中自旋對稱(spin-symmetry)的額外自由由度以獲致最大自旋堆壘的可能。而垂直於樣品方向的直流(dc)磁場，如調製在弱場(weak field)範圍的影響下的迴旋運動(cyclotron motion)情形；與如在強場(strong field) 範圍的影響下產生的Landau-quantization 效應，則可來用以利作為另一種調製觀察自旋堆壘效果的手段。除此之外，於推廣到有限頻率範圍時(finite frequency regime)，自旋動力學中的同調-非彈性碰撞過程便自然需要再加以引入進來計算裡。為了能以一種似古典(classical-like)的途徑來加以描述這些效應和過程，我們也將從Keldysh-Green 函數出發，來推廣目前自旋擴散方程(spin-diffusion eqn) 讓其進一步能兼顧到同時含有ac 以及dc 外場的作用。藉此也同時來瞭解這些效應對於塊材(bulk)極化與邊緣(edge)極化情形之影響。 [3].探討透過純粹電性的方法來偵測傳輸自旋的現象(spin transport)：透過利用SOI 效應，橫向的荷電流(charge current)自然也可以由自旋電流 (spin-current)中加以產生。這也正是所謂的逆向(inverse)自旋霍爾效應的結果。我們循此觀念將考慮在不同的系統配置中的自旋電流注射(spin-current injection) 的情形：從而分析計算由擴散機制主導範圍(diffusion regime)及彈道(ballistic) 機制主導範圍裡所可能衍生的各種對應的荷電流表現的情形。這些結構中將包含一條開放性的導線，和一條與它相交的導線。外在場的作用影響亦在此放進來考慮。而關於在彈道機制主導的系統中其自旋電流注射(spin-current injection)的實現則可由我們先前的研究工作中的方法：以交流相變(ac biased) 的手指閘極(finger-gate)所給出。對於擴散機制所主導的作用範圍(diffusion regime)裡，自旋擴散方程(spin-diffusion eqn)中的SOI-coupling 參數自然也隨之需要擴展到兼具時變性和空間變動性。對此於荷電流，荷電堆壘(charge accumulation)，與自旋電流的相關性將被更深入完整地探討。這些瞭解都將可用於設計發展以純粹電性的方法來達到自旋電流偵測的目標。
操控半導體電子自旋的動力行為與傳輸的研究
(2007)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系(所)
這份研究計畫主要有下列三個目標： [1].對自旋霍爾效應(spin-Hall)中自旋堆壘效應(spin accumulation)的物理取得更透徹的瞭解，並全面地瞭解到自旋堆壘與同時結合內秉的(intrinsic)與非內秉的 (extrinsic)自旋軌道交互作用(SOI: spin-orbit interaction)之間的相互對應關係: 內秉的自旋軌道作互交用包括Rashba 和Dresselhaus 兩項，而非內秉的SOI 主要係由SOI 的散射效應而來，其散射體如一些重雜質的存在即是。其中關於不同SOIs 之間如何相互作用影響的物理圖像更是大家特別感興趣與關注的。其他一併加進來研究考慮的相關影響因子有如：二維電子氣(2DEG)的有限厚度效應(finite-thickness effect)，晶格的方向性，和局部散射粒子附近的自旋堆壘效應等。我們希望能透過這些一一的瞭解而藉以在給予直流(dc)電場的環境影響下，能找出「最適化」的條件以達到最大的自旋堆壘效果。 [2].對直流(dc)磁場和交流(ac)電場與自旋堆壘的現象、機制與影響取得透徹而全面的瞭解：垂直於的或平行於(in-plane)樣品方向的直流(dc)磁場都是研究的重點。其中垂直於的樣品方向的直流(dc)磁場乃作為提供操控系統中自旋對稱(spin-symmetry)的額外自由由度以獲致最大自旋堆壘的可能。而垂直於樣品方向的直流(dc)磁場，如調製在弱場(weak field)範圍的影響下的迴旋運動(cyclotron motion)情形；與如在強場(strong field) 範圍的影響下產生的Landau-quantization 效應，則可來用以利作為另一種調製觀察自旋堆壘效果的手段。除此之外，於推廣到有限頻率範圍時(finite frequency regime)，自旋動力學中的同調-非彈性碰撞過程便自然需要再加以引入進來計算裡。為了能以一種似古典(classical-like)的途徑來加以描述這些效應和過程，我們也將從Keldysh-Green 函數出發，來推廣目前自旋擴散方程(spin-diffusion eqn) 讓其進一步能兼顧到同時含有ac 以及dc 外場的作用。藉此也同時來瞭解這些效應對於塊材(bulk)極化與邊緣(edge)極化情形之影響。 [3].探討透過純粹電性的方法來偵測傳輸自旋的現象(spin transport)：透過利用SOI 效應，橫向的荷電流(charge current)自然也可以由自旋電流 (spin-current)中加以產生。這也正是所謂的逆向(inverse)自旋霍爾效應的結果。我們循此觀念將考慮在不同的系統配置中的自旋電流注射(spin-current injection) 的情形：從而分析計算由擴散機制主導範圍(diffusion regime)及彈道(ballistic) 機制主導範圍裡所可能衍生的各種對應的荷電流表現的情形。這些結構中將包含一條開放性的導線，和一條與它相交的導線。外在場的作用影響亦在此放進來考慮。而關於在彈道機制主導的系統中其自旋電流注射(spin-current injection)的實現則可由我們先前的研究工作中的方法：以交流相變(ac biased) 的手指閘極(finger-gate)所給出。對於擴散機制所主導的作用範圍(diffusion regime)裡，自旋擴散方程(spin-diffusion eqn)中的SOI-coupling 參數自然也隨之需要擴展到兼具時變性和空間變動性。對此於荷電流，荷電堆壘(charge accumulation)，與自旋電流的相關性將被更深入完整地探討。這些瞭解都將可用於設計發展以純粹電性的方法來達到自旋電流偵測的目標。
邊緣態物理、抽運特性與彈道範疇自旋堆積在拓樸絕緣體、Graphene及本質自旋軌道交互作用半導體中的研究
(2010)
朱仲夏
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CHU CHON-SAAR
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國立交通大學電子物理學系（所）
國立交通大學電子物理系計畫名稱: 邊緣態物理、抽運特性與彈道範疇自旋堆積在拓樸絕緣體、graphene、及本質自旋軌道交互作用半導體中的研究研究者: 朱仲夏經費來源: 行政院國家科學委員會我們這次研究一共分成三個主要目標： (一) 探究在新穎的拓樸新材料中的邊緣態物理和Dirac錐相關之物理; (二) 探究在奈米graphene緞帶中之時變的量子傳輸特性; (三) 建立本質的自旋軌道交互作用材料中之量子動能近似模型去計算由於驅動場所產生之空間自旋堆積。 (一)探究在新穎的拓樸新材料中的邊緣態物理和Dirac錐相關之物理：我們探究在新穎拓樸絕緣體，例如：HgTe，graphene(二維系統)以及Bi2Se3(三維系統)對外來的微擾，例如：位能障和磁性位障的邊緣態響應。細節分析包括在正常導體和新穎拓墣絕緣體之介面，新穎拓墣絕緣體之PN接面以及各種幾何形狀之樣品的穿透模式。其他物理圖像，例如：鈍化的化學懸鍵，磁性雜質以及由第二近鄰跳躍耦合造成之自旋軌道交互作用將被考慮。主要的焦點是去對我們所設計的新穎材料中之邊緣態物理獲得更深入的見解。 (二)探究在奈米graphene緞帶中之時變的量子傳輸特性：利用graphene之完美的傳輸性質，去研究由可調交流閘極所產生的時變調制之量子傳輸。我們將考慮高頻和低頻兩種調制位能偏壓加在指狀閘極上的情形。低頻的量子傳輸響應將可以用緩變範疇來處理。高頻指狀閘極偏壓的情形可以用時變模匹配之近似法處理。Graphene奈米緞帶之Dirac錐和量子化特性結合在一起可以預期在傳輸特性上有相當可區別的圖像。我們也將考慮在Graphene奈米緞帶之各種結構之量子幫浦。 (三)建立在本質的自旋軌道交互作用之材料中之量子動能近似模型去計算由所產生之空間自旋堆積：我們已經從以前的研究中得到許多關於本質自旋軌道交互作用下的自旋堆積Si在擴散範疇中之見解，其中自旋軌道特徵長度lSO遠大於電子平均自由路徑le。我們在這個提案的目標是針對一個不同範疇，即彈道範疇( le > lSO )。在此範疇中，自旋擴散方程並不再適用，因而我們將推導對於Wigner分布函數之量子動能方程式並且建立對於Wigner分布函數的邊界條件。可以預期在此範疇中有較大的自旋密度Si和豐富的Si空間變化情形發生。Wigner分布函數將可以從量子力學在邊界的散射觀念去推導出來。這將會提供一個途徑去了解其他形式的邊界牆之情況