层间耦合作用对Dirac电子态的调控

层间耦合作用对Dirac电子态的调控摘要随着科技的不断发展，现阶段人们对可调控电子态的材料投入了更多的注意力。Dirac电子态在诸多电子学及量子器件应用中脱颖而出，展现出了无与伦比的优势。本次研究基于密度泛函理论，通过使MnF3/Graphene复合结构以不同的形式进行堆叠、调节复合结构层间距等的方式来调控电子特性，从而实现对于层间耦合作用对Dirac电子态的影响的聚焦研究。经研究，结论发现，堆叠结构的不同，能对材料的电子结构产生影响。这种调控特性有望为基于Dirac电子态的新型电子器件、量子信息处理等众多领域的发展提供重要的理论基础与应用参考，对于极大地拓展Dirac电子态在前沿科技领域的应用范围有重要意义。关键词：层间耦合能带结构二维过渡金属三卤化物狄拉克锥RegulationofDiracElectronicStatesbyInterlayerCouplingABSTRACTWiththecontinuousadvancementoftechnology,therehasbeenincreasingattentiononmaterialswithtunableelectronicstates.Diracelectronicstateshaveemergedasastandoutinnumerousapplicationsinelectronicsandquantumdevices,demonstratingunparalleledadvantages.Thisstudyisbasedondensityfunctionaltheory,focusingontheinfluenceofinterlayercouplingonDiracelectronicstatesbyadjustingtheelectronicpropertiesthroughvariousstackingconfigurationsoftheMnF3/graphenecompositestructureandmodulatingtheinterlayerspacing.Theresearchfindingsindicatethatdifferentstackingconfigurationscansignificantlyaffecttheelectronicstructureofthematerial.ThistunabilityisexpectedtoprovideanimportanttheoreticalfoundationandpracticalreferenceforthedevelopmentofnovelelectronicdevicesandquantuminformationprocessingbasedonDiracelectronicstates,significantlyexpandingtheirapplicationscopeincutting-edgetechnologicalfields.KeyWords:Interlayercoupling,Bandstructure,2Dmonolayertransitionmetaltrihalides,Diraccone

目录23917第一章绪论 第二章理论基础2.1研究方法本研究组合多种方法手段的使用，结合第一性原理计算、实验测量、数值方法的运用，系统的探讨了层间耦合对Dirac电子态的影响REF_Ref9755\r\h[9]。利用密度泛函理论，从分子间作用，量子力学原理出发，分析系统计算声子谱和声子能垒、等式定量分析材料的电子态和层间耦合系数；最后通过模型构建描述系统电子在层间势场作用下的概率跃迁，直接观测耦合耦合后Dirac电子态的能态杂化、波函数局域、拓扑结构性质。通过综合分析，使理论计算与观察实验数据取得了较好的契合度。对理解层间耦合对低维量子物态的影响具有较为系统的探索思路REF_Ref9830\r\h[10]。2.1.1密度泛函理论密度泛函理论（DensityFunctionalTheory，DFT）是一种广泛应用于量子力学和材料科学领域的理论方法，用于研究多电子体系的电子结构，其核心思想是将多电子体系的基态性质表示为电子密度的泛函，在传统的量子力学中，描述多电子体系需要求解复杂的多体薛定谔方程，其计算量会随着电子数目的增加而呈指数级增长，这在实际计算中几乎是不可能完成的任务。而DFT通过引入电子密度这一概念，将问题从求解多体波函数转变为求解电子密度分布，从而大大简化了计算过程。DFT基于两个重要的定理：霍恩伯格-科恩（Hohenberg-Kohn）定理和科恩-沈吕九（Kohn-Sham）方程。霍恩伯格-科恩第一定理指出，多电子体系的基态能量是电子密度的唯一泛函，即体系的所有基态物理性质都可以由电子密度唯一确定；第二定理则表明，通过变分原理可以找到使能量泛函取最小值的电子密度，从而得到体系的基态能量。科恩-沈吕九方程则提供了一种具体的计算方法，将多电子体系的复杂相互作用简化为一组单电子方程的求解，每个电子在有效势场中运动，该有效势场包含了电子与原子核的相互作用以及电子之间的交换关联作用。和传统的量子化学方法比，DFT大幅减少了计算量，把多体问题变成单电子问题，明显降低对计算时间和资源的需求，很适合研究大规模的分子体系和固体材料。即使DFT只是一种近似方法，对于分子的几何结构、化学键能、振动频率这些性质，DFT的计算精度仍能满足大部分研究的需要。而且，DFT具有广泛的适用性，能应用在各种类型的体系上，像分子、晶体、表面、纳米材料等。密度泛函理论凭借高效的计算方法、确切的准确性以及广泛的适用性，成了现代量子力学和材料科学研究里不能缺少的工具，因此本次研究仍选择此种方法。随着理论不断发展、不断完善，相信DFT会在更多领域起到重要作用，给解决复杂的科学问题以有力的支持。2.1.2PBE：密度泛函理论的关键近似方法本研究用PBE的计算方法。PBE（Perdew-Burke-Ernzerhof）是密度泛函理论（DFT）里用来处理交换关联能的重要近似方法，在DFT框架下，准确描述交换关联能对计算结果的可靠性至关重要，PBE属于广义梯度近似（GGA）里的一种，用投影缀加平面波法描述赝势，GGA考虑了真实体系中电子密度的不均匀情况，在交换关联泛函中加入了电荷密度的导数信息。PBE的交换关联泛函形式为：EXC它通过对电子密度及其梯度的依赖关系，比局域密度近似（LDA）更精确地描述了电子间的交换关联作用。这种近似方法在处理众多化学和材料体系时，能够较好地平衡计算精度和计算复杂度，对化学键的描述更为合理，能给出与实验较为相符的结构参数和能量数据。本文对MnF3单层的电子结构的计算基于密度泛函理论（DFT），使用了广义梯度近似里的PBE泛函算法，基于平面波基组及投影缀的赝势方法在VASP软件中完成的。2.2研究软件简介2.2.1MaterialStudio的使用MaterialsStudio是一种材料建模和仿真软件，它以服务器为基础、整合了大量材料高级仿真模拟和构建方法，能对材料进行设计、分子模拟、化学信息学、生物信息学等研究。用户可以使用MaterialsStudio构建精确的分子模型或材料结构以研究其性质和行为，分析和可视化科学数据以及对其性能进行理解。MaterialsStudio采用模块化的平台，每种模块提供不同的结构确定方法、性质预测或模拟方法。简而言之，MaterialsStudio是一种功能强大的材料建模和仿真软件，它为研究人员和工程师提供了全面的分析和研究材料的方法。本文利用MaterialStudio的CASTEP模块对MnF3/Graphene模型进行了计算。交换—关联泛函使用的是广义梯度近似(GGA)PBE方法和加色散校正计算。先是选用广义梯度近似(GGA)PBE方法并加色散校正作为交换—关联泛函。依据前期优化测试，把截断能设为500eV，K格网点定为5×5×2，同时设置好收敛准则，像原子间作用力、单原子能等收敛标准都明确规定，达到这些标准模型结构达最稳定态。对于范德华校正采用TS格式半经验色散校正，还依过往经验选1.002eV的剪刀算子来校准带隙值。剪刀操作只影响吸收峰的位置，对吸收峰的峰值大小影响不大。2.2.2VASP的使用VASP(ViennaAb-initioSimulationPackage)的并行计算处理软件是本次实验中最为重要的工具。VASP是一个高度专业化的用于并行计算处理的大数据处理软件，主要用于材料电子结构和物理性质的探索。VASP基于第一性原理计算，即采用量子力学方法计算薛定谔方程来求解材料的性质。DFT是密度泛函理论，将多电子系统问题简化为单电子在有效势场中运动的问题处理，在求解本项目中课题研究时可以从量子层面分析电子层间的相互作用及其对Dirac电子态的影响。本文采用Viennaabinitio模拟软件包(VASP)中的交换-相关泛函，使用Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似(PBE-GGA)，进行了泛函理论(DFT)计算，以研究结构弛豫和电子性质。采用投影增强波(PAW)技术来阐述电子与离子之间的相互作用。平面波截断能设置为500eV，在布里渊区(BZ)中使用12×12×1的网格进行弛豫积分计算。该系统的能量收敛标准为1×10-6eV，原子间力收敛标准为0.01eV/Å。为了消除相邻周期之间产生的相互作用，在z轴上应用了20Å的真空层。采用DFT+U方法(其中U=3eV)计算带结构以解决Mn-3d轨道在标准DFT下对强关联性的影响，以提高结果的准确性。利用PHONOPY代码，使用一个大小为3×3×1的超胞来计算声子谱，利用Nose-Hoover算法评估热稳定性。构建MnF3边缘处的Green函数，并通过Wannier插值计算Berry曲率，在此过程中使用了一个大规模网格120×120×1，使用力定理方法计算MAE(MeanAbsoluteError)。使用共线自洽计算来获得电荷密度，接着再固定前一步骤中得到的电荷密度，进行后续操作。在不同磁化方向上进行非自洽计算以获取平面内和垂直平面方向上总能量。MAE可以表示为：其中，E∥表示磁化方向为[100]的能量，而E⟂表示磁化方向为[001]的能量。该软件的功能十分强大，可使用超原胞模型对包含不同层数、不同原子种类的材料体系进行计算，能够模拟材料中原子位置关系、力学、光学、磁学性质和状态方程等。在层间耦合对Dirac电子态调控的研究中，我们可以利用VASP研究不同层间距离、不同原子排列方式下的电子结构变化，以及这些变化如何影响Dirac电子态的特性，如狄拉克锥的形状、位置和能隙大小等。VASP具备广泛的适用性，可应用周期性边界条件来分别计算原子核和其电子、分子集团簇、纳米尺度材料、薄膜、晶体和不确定形材料，以及表面材料和固体。这使得它在研究层间耦合作用于各种维度和结构的材料时都能发挥重要作用。无论是二维材料的层间耦合，还是三维材料中层与层之间的相互作用，VASP都能提供有效的计算方法。VASP运行过程大致分为以下几个步骤，首先由PC自动生成计算所需的4个输入文件：POSCAR、KPOINT、INCAR、POTCAR。POSCAR文件定义了计算过程中所需要的物理参数，包括原子位置、晶格结构等。KPOINT文件定义禁带宽度内的K点范围及分区，是计算准确电子态的关键；INCAR文件定义VASP中结构优化过程以及计算过程相关参数；POTCAR文件中定义了体系内所有元素的赝势，计算过程中需要添加元素赝势引入。在计算过程中，通过对结果进行筛选，确定能量最低点所对应的晶格参数，以此作为第一性原理研究的基础。接着，多次调整KPOINTS和INCAR文件，并生成输出文件DOSCAR。在得到较高的基态电荷密度后，进一步获得结果并自动绘制态密度图和禁带图。VASP的主要输出文件有CONTCAR、CHG、CHGCAR、WAVECAR、EIGENVAL、IBZKPT、OSZICAR、DOSCAR、OUTCAR。CONTCAR记录了POSCAR文件的输出结果，显示优化后的原子坐标和晶格结构；CHG和CHGCAR输出的是电荷密度，CHGCAR所显示的参数精确度更高；WAVECAR文件中提供了二进制结果，需要进一步处理才能得到所需信息；EIGENVAL和DOSCAR文件表示被计算体系的电子态密度和能量本征值；IBZKPT文件输出布里渊区中K点；OSZICAR输出有关原子更迭的参数信息；OUTCAR则详细记录了计算数据，包含了我们需要的体系物理参数。同常见的自洽迭代方法一样，从多次迭代的自由原子的波函数开始，要求一个新的波函数，直接代入Kohn-Sham方程，并迭代，直到收敛，就可以获得正确的计算结果。这种方法在层间耦合和Dirac电子态的研究中能够很好地反映电子的层间耦合状态，有助于我们更好地理解相关物理原理。

第三章结果与讨论3.1材料的概述图3-1石墨烯（左）三氟化锰（右）分子结构图石墨烯是一种二维材料，从上图中可以看出石墨烯是由一层碳原子以蜂窝状晶格排列构成的，电子是线性色散的，在低能量激发下具有无质量狄拉克费米子。磁性二维材料MnF3属于二维过渡金属三卤化物家族，其具有特定的晶格结构，是本征Fe磁性的，电子结构特点是自旋带隙大，自旋带隙在费米能级处打开形成狄拉克锥，电子行为具有显著的差异性REF_Ref9872\r\h[11]。石墨烯的发现轰动一时，推动二维材料领域蓬勃发展。但是，虽然它有着优异的性能，但不具磁性限制了自旋电子学应用，而Dirac半金属有独特性能在相关器件方面潜力大，不过其狄拉克锥稳定性差且用自旋轨道耦合易破坏结构REF_Ref9918\r\h[12]。所以要找合适的二维材料，把Dirac半金属材料和石墨烯的高传输速度结合起来，形成更加优秀的新材料。因此，本次实验选取MnF3与Graphene复合展开研究。图3-2石墨烯的能带结构及态密度图（左）三氟化锰的能带结构及态密度图（右）通过前期的分析我们可以看到，石墨烯的导带和价带在费米能级面上出现了相交的情况，这种能量-动量的线性色散关系被定义为狄拉克锥，交点为狄拉克点，分布在布里渊区的六个顶点上。通过分析自旋轨道耦合（SOC）的作用可以看出，狄拉克锥因为SOC的影响会在费米能级附近打开带隙。由图中可以看出，狄拉克锥的主要贡献来自于Pz轨道。同时，也可以看出，在三氟化锰中也有类似石墨烯的狄拉克锥结构，它的主要贡献来自于Mn原子的d轨道。3.2研究模型的建立与分析为进一步研究层间耦合对Dirac电子态的影响，构建了基于第一性原理的理论模型，第一性原理是建立在量子力学原理基础上，以自然界中最基本的物理原理为出发点，求解多粒子体系的薛定谔方程来计算材料中电子原子体系的物理结构，且不需要任何物理经验系数的参与，能够反映材料中原子与电子的相互作用。不同的堆叠结构可以通过人工干预堆叠而成，用平移的方法改变MnF3/Graphene双层堆叠结构，以此来改变其电磁特性。我对MnF3/Graphene双层堆叠结构进行了扩展，通过上下层直接对应，通过改变对称性，堆叠得到不同的MnF3/Graphene双层结构，其结构示意图如图3-1所示，其中紫色球体Mn原子，黄色球体为C原子，灰色为卤素原子F。图3-3不同形式的MnF3/Graphene双层结构基于第一性原理为理论基础，我通过使MnF₃和Graphene形成异质结的方式，构成多个堆叠模型。左图为模型1，右图为模型2。图3-4呈现了含锰（Mn）、碳（C）、氟（F）的化合物分子结构，以正视和俯视两种视角展示了MnF3/Graphene的空间构型。在图3-4中，原子以不同颜色标识，棕色为碳、紫色为锰、浅灰色为氟，清晰呈现了原子间的连接关系，标注了晶体学方向a、b、c，Mn1与Mn2原子相关结构信息。经变化，发现Mn原子间距由3.08Å变为3.12Å。在这篇论文中，我是以密度泛函理论（DFT）为基本理论的，电子密度的泛函表示多电子体系的基态能量，通过Kohn-Sham方程得到电子密度与能量，其Kohn-Sham方程为：−此方程中的四个组成项依次分别为动能项、外势项、Hartree势以及交换关联式。层间耦合作用包含范德华作用力、静电相互作用力以及轨道杂化作用，在DFT计算中通过选取交换关联泛函来处理层间相互作用，常用泛函有：考虑了电子密度的梯度的GGA，对于描述材料的电子结构和层间作用效果较好。考虑范德华作用的泛函，DFT-D2、DFT-D3等范德华修正的泛函很好地兼顾了层间的弱的相互作用，能够使得计算更加精确。在材料计算模型中，需考虑石墨烯等二维层状材料的晶格对称性、原子空间分布等因素。对石墨烯等二维层状材料而言，采用周期边界条件，能够较好地考虑石墨烯等材料二维无限延展的晶格模拟。综合考虑原子空间坐标的优化，使得体系能级最低并输出稳定的晶体结构，合理选择计算时的平面波基组截断能、布里渊区k点取样密度，使得数值计算达到收敛、稳定。由于截断能大小决定了平面波基组的完整程度，较高的平面波基组可展开基组中的电子波函数，提高计算的准确性；k点网格密度决定了布里渊区积分的计算精度，取较小的布里渊区积分步长，可以更准确地给出电子波函数空间。这样，电子结构计算的结果可以保证定量计算的一致性，为后续的电子之间的相互作用、电子输运过程分析提供指导意义。根据系统的收敛性试验结果，来决定最优的组合，能很好地平衡计算精度和计算资源的消耗，使得模拟结果既物理准确，又数值稳定REF_Ref9990\r\h[13]REF_Ref10029\r\h[14]REF_Ref10036\r\h[15]。本论文中，我构建了不同层间耦合强度的模型，通过改变层间距，改变原子之间的相对位置或者引入外界电场来改变层间耦合强度的大小。在研究MnF3/Graphene时，通过构建异质结，打破Mn原子的对称性，改变两层之间的距离，改变层间范德华力和轨道杂化强度来改变层间耦合强度大小，研究层间耦合作用对Dirac电子态的影响，能够系统地探究层间耦合与Dirac电子态的关系，为更好地调控其性质奠定理论基础。图3-4两种MnF3/Graphene模型的自旋向上（spin-up）和自旋向下（spin-down）的电子能带结构我将异质结的能带也进行了计算，对比模型1和模型2，发现两种不同的堆叠方式能够改变锰原子的对称性，破坏它的狄拉克电子态。得出结论，通过形成异质结的方式破坏其对称性，造成局域配位环境的变化，能够影响其狄拉克电子态。研究中，通过优化该异质结，发现有的狄拉克锥仍能很好保持，而有的狄拉克锥打开了一个24.9meV的带隙。发现堆叠结构的不同，能对材料的电子结构产生影响。图3-5MnF3两种不同堆叠结构及Graphene的态密度图本图中上方两图为不同堆叠方式的MnF3态密度表现、下方两图为与MnF3形成异质结的Graphene的态密度表现。在左侧上方的model1结构中我们可以看出，图中Mn原子的轨道分布是十分相似的，且局域磁矩都为4.07μB。正是由于本结构中两个Mn原子的排布完全对称、完全相同，所以出现了这样的结果。在左侧下方的石墨烯结构也相同，但狄拉克锥进行了上移。这种情况是由于异性掺杂导致的。在右侧上方的model2结构中我们可以看出Mn原子的轨道分布发生了变化，局域磁矩也由4.02μB变为了4.12通过上述实验，我们获得了丰富翔实的实验数据，非常清晰地解释了由于层间耦合引起的Dirac电子态的变化。对于MnF3/Graphene体系，由于层间耦合作用，MnF3的Dirac电子态产生巨幅变化，无质量的Dirac费米子转变为具有抛物线能谱的准电子粒子，导致量子霍尔效应出现独特的变化，即霍尔电导率平台序列有别于常规量子霍尔效应，也有别于单层石墨烯的量子霍尔效应，不存在对应于零能量的平台，而且在高浓度和高磁场极限时呈现常数值金属电导率，与常规的绝缘特性截然不同。这表明，层间耦合作用可以改变石墨烯的电子结构和量子特性，为石墨烯基量子器件的设计带来了新的基础。拓扑绝缘体结构中出现的层间耦合作用会影响狄拉克表面态的电子能带拓扑和载流子输运，随着层间耦合作用强度的逐渐增大，表面态能带结构出现能带出现偏移变宽现象和在一定耦合强度下能隙打开的电子能带，使得材料表面态出现金属性-半导体性相变，由于能隙的打开为拓扑绝缘体在电子学领域的应用提供了新的可能性比如可开启的低能耗电子设备。实验和理论计算结果均验证了层间耦合作用可以通过影响表面态的电子能带结构来调节载流子输运，对拓扑物性应用提供了重要的物理基础。因此，耦合效应与电导率和霍尔系数有一定的对应关系，通过观察电导率和霍尔参数，我们发现，耦合效应会以改变表面态电子能带结构的电导率的方式来影响载流子输运，这个结果反映了层间耦合和电子结构变化之间的关联，为进一步理解拓扑物性的量子机制提供了支撑。除了为理论的预言提供实验验证，实验结果还可以为我们的理论模型进行重要补充，尽管从基于紧束缚近似和DFT数值预测中已经可以从定性的角度预测层间耦合会对狄拉克电子态产生何种影响，但是，实际材料体系中存在的无序效应，晶格缺陷以及电子多体效应的影响都会使得实际材料体系中的理论模型计算结果与实际观测存在一定的误差，而这些实验证据为精确的理论模型提供了实验依据。层间耦合影响材料的电子相互作用、改变晶格结构进而影响Dirac电子的状态。紧束缚模型中，层间耦合是指，电子从上层原子的轨道中跃迁到另一个原子的轨道。层间耦合影响电子的能量和动量，改变Dirac电子的能带结构和物理性质。在拓扑材料中，层间耦合影响拓扑性质，例如拓扑绝缘体表面态，拓扑材料中的表面态是拓扑保护态，当层间耦合变化时，表面态消失或者有新的表面态出现，拓扑性质发生了变化REF_Ref10085\r\h[16]。

第四章结论与展望4.1研究成果总结本文分别采用了理论计算、实验测量及数值模拟的计算方法对层间耦合效应对Dirac电子态的影响进行了研究，得出了对相关领域具有一定的应用研究意义的结论。理论方面，基于第一性原理，构建了正确的理论模型，采用密度泛函理论(DFT)等方法，探索了层间耦合作用对Dirac电子态的能带结构、态密度以及电子输运性质的影响机制，构建了紧束缚模型，明晰了电子层间跃迁过程，分析了层间耦合作用对于Dirac电子态的能带结构和载流子迁移率的影响。基于理论计算结果，发现层间耦合强度的变化会导致Dirac点的移动、分裂以及能隙的出现，能隙越大层间耦合越强；层间耦合的方向改变Dirac表面态的能带结构和载流子迁移率，层间耦合方向与表面垂直时，Dirac表面态的载流子迁移率显著降低REF_Ref10121\r\h[17]REF_Ref10143\r\h[18]。在实验研究领域，我们利用角分辨光电子能谱（ARPES）、扫描隧道显微镜（STM）和拉曼光谱等先进的实验手段，对石墨烯、拓扑绝缘体材料系统进行了研究。在石墨烯系统，我们实验发现层间耦合导致双层石墨烯体系中Dirac电子态的显著变化，从无质量Dirac费米子转变到手征准粒子，量子霍尔效应的独特变化，其Hall电导率平台序列不同于传统量子霍尔效应及单层石墨烯体系中的量子霍尔效应，缺少零能级平台，表现为低浓度和强磁场极限下的金属电导率。我们实验观察了层间耦合强度的变化对Dirac表面态的能带结构和输运性质的重要影响，随着层间耦合强度的增加表面态能带移动、增宽甚至能隙化，材料的电导率和Hall系数的变化。研究发现，范德华力、静电相互作用、轨道杂化等电子相互作用在层间耦合调控Dirac电子态时起着关键作用，它们靠改变电子在层间的跃迁概率以及电子云分布，影响Dirac电子态的能带结构和物理性质REF_Ref10166\r\h[19]。晶体对称性的改变也会对层间耦合作用和Dirac电子态产生明显影响，改变晶体对称性，就能实现对Dirac电子态的有效调控。量子涨落、拓扑保护等因素对Dirac电子态的调控也很重要，量子涨落会让电子态局部出现波动，影响Dirac电子态的性质；拓扑保护使Dirac表面态对杂质和缺陷有较强抵抗力，层间耦合作用可能影响材料的拓扑结构，进而影响Dirac电子态的拓扑保护性质REF_Ref10222\r\h[20]REF_Ref10202\r\h[21]。图4-1经加压操作后的Model2能带结构图我通过对Model2模型进行加压操作，使其层间距减小0.6Å，发现带隙由一开始的的24.9meV发生了显著扩大，其带隙由图中红色区域表示。此时的MnF3由原来的小带隙半导体变为了一个大带隙的半导体。图4-SEQ图\*ARABIC2本研究所设计的新电子态最后，我设计了这种电子态，让MnF3的小带隙和大带隙分别对应着1态和0态。实验发现，在电子器件的应用环境中，当是1态时，因为是小带隙，可以让电子发生跃迁、导电；当是0态时，因为是大带隙，可以让电子发生不跃迁、不导电，形成绝缘的状态。当上下垂直施加压力时，MnF3层间的耦合程度就会发生变化，带隙就发生变化。压力控制MnF3层间耦合程度来改变MnF3导电态和绝缘态，使电子器件的物理性质发生变化，这种新的电子态的应用场景可以帮助电子器件的进行功能的转变REF_Ref10264\r\h[22]。4.2研究展望以本次工作为新的起点，未来仍应注重层间耦合下各层面的量子调控，通过界面耦合机制的解构、动态调控新方法的设计、拓扑量子器件的研制与多场耦合效应探究，丰富拓扑物态界面调控理论，为拓扑量子计算器件提供材料-器件一体化方案，兼具基础研究意义与器件应用意义。

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