获奖情况：2013年度广东省科学技术奖二等奖

完成人员：王瑞强 ， 邢定钰 ， 胡梁宾 ， 王光辉

成果简介：

该项目属于物理学中凝聚态物理研究领域，研究对象是低维纳米材料中的量子效应。本课题在国家基金资助下，取得了原创性的研究成果、解决了重要的国际科学难题。
主要内容及发现点：1）首次在分子磁体系统中提出热电效应作为热-自旋偏压转换机制理论，为解决自旋流产生这一世界性难题提供了一种可能的新方法。发现在温度梯度的驱动下，利用分子的内禀磁性可以产生纯自旋偏压，其值要比体材料大两个数量级。2）提出一种新物理机制解释了低维半导体材料中电场诱导的边缘自旋极化效应，部分理论被实验所证实。研究发现边缘自旋极化效应不是由自旋流所导致，而是由动力学磁电效应在受限边缘诱导出自旋轨道耦合作用所致，这种新的理论解释区别于之前的自旋霍尔效应解释。3）率先采用密度矩阵方法推导出抛物受限势低维量子系统中非线性光学系数的解析表达式，进一步通过调控外加电场，获得的三次谐波产生系数比相应体材料中的系数大几个数量级，为非线性光学系数的最优化提供新方法。4）揭示了二维半导体中自旋霍尔效应产生的微观机理，澄清了早前的一些错误观点。通过区分本征与非本征自旋轨道耦合的贡献，发现自旋霍尔效应主要是由杂质散射所引起的非本征自旋轨道耦合作用所导致。5）创新性地将纳米电机系统应用于自旋输运，提出了具有巨磁电阻效应的新型纳米电机自旋阀的实现机理。研究发现，机械振动在非线性区可以导致一种新的输运方式，其转变偏压阈值强烈地依赖于电极的自旋极化，利用普通的磁性材料能够产生超过2000%的巨磁电阻效应。6）通过建立声子与自旋自由度之间的内在联系，发现电子-声子互作用能导致隧穿磁电阻随偏压振荡及其零偏压奇异行为，解释了相关的实验结果；首次建立磁各向异性相关的新理论模型，揭示了大自旋分子系统中近腾效应难以实现的根源。
科学价值：在处理电子与磁性杂质、自旋轨道耦合、光以及机械振动相互作用中，创造了一系列独特的研究思想、方法，解决了一系列关键性科学问题，丰富和建立了量子调控电子行为的理论，促进了物理学这一领域的发展。同时，电子的量子调控为电子器件设计提供理论依据。项目总体达到国内领先水平，其中关于自旋热电子学、纳米电机自旋阀理论以及霍尔效应新机制的研究达到国际先进水平。
同行引用及评价：本项目发表SCI论文43篇，其中物理学国际顶尖期刊Phys.Rev.Lett. 2篇、权威期刊Phys.Rev.B/Appl.Phys.Lett. 15篇, 被Rev.Mod.Phys、Nat.Commun.及Phys. Report等他引407次, 其中10篇代表作他引173次。关于热自旋电子学的工作受到高度重视，被美国加州大学著名学者Dubi在Rev.Mod.Phys（SCI影响因子51.695）引用，并高度评价此项目可用来克服目前实验室上体材料中自旋偏压太弱的缺点。朱邦芬院士指出该项目提供了产生自旋极化的方法。