(3) 電荷與自旋的相互作用也是很多功能性關聯材料在器件應用方面的物理基礎，例如鈉鈷氧體系中自旋熵對熱電效應的貢獻、多鐵材料中外加電場對自旋取向的控制、錳氧化物中外加磁場對電阻的巨大影響，等等。在對電荷自旋相互作用基本原理的理解基礎上，我們還將探索它們在功能性器件應用方面，特別是超導效應、熱電效應、磁阻效應等在能源和信息領域的新思路、新途徑。(4) 充分利用化學摻雜和結構修飾進行新量子材料體系的探索工作。采用合適的化學合成方法以及良好的合成設備，獲得高質量的合乎要求的樣品。采用x射線衍射、電子顯微鏡等常規實驗手段對樣品進行結構表征。必要時，通過同步輻射、中子衍射等大型研究設施對系統的結構作更細致的測量。對高質量樣品進行各種精密的物理性質測量。包括電阻、磁電阻、霍爾效應、熱電效應、能斯特效應、磁化強度、比熱、熱導、光學性質以及核磁共振和穆斯鮑爾譜等。歸納、總結系統的物理規律特性與電子相圖。
(5) 在新型鐵基超導體系方面，我們將以元素替代作為主要探針，研究鐵基超導體的超導機理。理論上擬以CeFeAsO1-xFx 、CeFeAs1-x PxO等材料為代表，發展從磁性“壞金屬”或“近莫特絕緣體”到重費米子液體過渡的理論框架，用平均場等方法、結合數值計算來研究這一理論，并以此來解釋鐵基超導材料在輸運性質、磁學性質等方面表現出來的多樣性和復雜性，探索這類體系中可能出現的奇特量子相變和相應的量子臨界性。
(6) 在銅氧化物高溫超導方面，結合前述精確實驗測量，我們將以摻雜莫特絕緣體模型為出發點，研究贗能隙區可能存在的隱藏的量子序、量子序和超導態的競爭和共存、費米面的重組、以及到費米液體區的量子相變。希望由此理解超導相圖中在最佳摻雜區附近可能出現的量子臨界點以及相聯系的一系列反常輸運和磁學性質;在重費米合金方面，我們擬以CeCu2(Si1-xGex)2等材料為代表，具體考察關聯雜化項對量子臨界點產生的影響，研究由于可能由于壓力效應引起的f 軌道價態雜變化，以及兩個近鄰的量子相變，確定相應的電阻標度行為和量子臨界性。
4、低維量子體系和量子態的研究：
(1) 探索制備高質量的石墨烯單晶的方法，研究生長條件對單層石墨烯結構的影響，探索重復性好、效率高、成本低、易控制的制備技術。表征單層石墨烯長程有序度。 通過變溫、低溫STM/STS，深入研究石墨烯體系的本征電子結構以及缺陷、摻雜對電子結構的調制。生長高質量拓撲絕緣體單晶，研究它們的基本性質。
(2) 探索和生長高質量的拓撲絕緣體材料，拓撲絕緣體大部分是合金材料，需要優化目前晶體生長工藝。 爭取準備組分分布均勻，形狀規整的大尺寸二元固溶體多晶錠料。
(3) 利用STM和掃描隧道譜(STS)表征，研究膜石墨烯的幾何結構和本征電子結構。測量石墨烯膜的扶手椅型邊緣和鋸齒型邊緣的局域電、磁性質。將充分發揮變溫STM的優勢，研究單個分子以及多個分子在石墨烯表面可能的奇異動力學行為或幾何結構，物化特征。
(4) 利用STM研究在拓撲絕緣體的金屬表面態;通過表面沉積非磁性雜質研究狄拉克費米子和雜質的相互作用，無磁性中性雜質對于拓撲絕緣體表面狄拉克費米子的散射，為輸運性質的研究提供基礎,檢驗和理解前人有效理論預言的拓撲磁電效應。 利用自旋分辨的STM技術，觀察雜質在實空間誘導的自旋texture。在表面沉積磁性雜質，研究體內磁性雜質所造成的時間反演破缺對于邊界態的影響。 尤其在帶有內部自由度的雜質的研究中，著重研究在拓撲絕緣體背景下兩個雜質的內部自由度相互間的量子關聯， 這對于量子信息處理將可能有重要的潛在價值。
(5) 利用角分辨光電子譜測量石墨烯的電子結構，包括石墨烯的色散關系，電子-聲子相互作用，電子-激子相互作用，能隙的大小等，以及這些參數隨石墨烯層數、石墨烯與襯底相互作用導致的電子結構的變化。利用ARPES研究拓撲絕緣體的表面態，確定能級色散關系，狄拉克點的數目，判定系統是否是強的拓撲絕緣體。利用自旋分辨的ARPES和不同偏振模式的光源分辨電子不同自旋分支的色散關系，測量電子自旋的極化特性。
(6) 利用核磁共振技術(NMR)研究研究三維拓撲絕緣體的磁性質，從磁性質上找到拓撲絕緣相變的證據。使用高壓和摻雜技術調節三維拓撲絕緣體量子相變，進一步研究其在量子相變點的特性。 改進NMR系統，提高核磁共振的靈敏性,從而可以對拓撲絕緣體的表面態進行研究。 研究表面的磁激發譜及其金屬態的特性，從而得到表面態在微波波段的磁性質，并進一步與塊材絕緣態的性質進行對比。
(7) 利用第一原理計算方法(GW)、考慮電子在石墨烯的自能相互作用和電子-空穴相互作用(GW-BSE 方法)，解決在外加電場下雙層石墨烯的電子結構，雙層石墨烯的光學性質對外加電場的依賴關系。 以更加直觀的物理語言澄清低能有效理論所包含的物理實質。
(8) 理論研究拓撲絕緣體體內摻雜后的物理性質以及表面態物理性質。 著重研究體系的輸運和光學性質，探討自旋軌道耦合以及拓撲效應在其中扮演的角色。理論研究表明拓撲絕緣體的體內和邊界上支持分數化激發的存在，我們擬從理論上進一步解釋在撲絕緣體上出現分數化激發的驚奇現象。 研究拓撲絕緣體內部以及邊界上的量子關聯和量子糾纏， 理解和直觀地刻畫這種量子關聯對于拓撲序的研究以及應用。
科研項目申請書寫作要求
1、立題依據充分，國內外動態和信息了解清楚
2、課題科學意義重大，具有較好的應用前景
3、起點高，學術構思新，有創見
4、與國內外同類工作相比，有自己的特色，避免重復
5、課題研究范圍不宜過大，內容過多，主攻方向明確、集中
6、技術路線清楚，設計方案合理可行，研究方法力求先進
6、充分說明已有研究的基礎和技術條件，研究小組的優勢和實力
8、預期結果明確，充分展示預試驗的結果，突出把握性和可行性
9、申報手續完備，各欄目填寫完整、齊全、清楚、實是求是
10、認真選擇申報學科專業，以便同行評議和終審順利通過
11、研究小組人員結構合理，實力較強，時間保證，符合規定
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