翟學(xué)超 聞 睿 顧駿偉

（1．南京郵電大學(xué)理學(xué)院，南京210023；2．南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、微電子學(xué)院，南京210023）

1 引言

基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料和技術(shù)制備的功能量子器件是下一代電子信息產(chǎn)業(yè)賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用多功能高性能的新型量子器件是當(dāng)代物理基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域共同關(guān)注的熱點(diǎn)課題。如何使電子器件在實(shí)際信息處理中保持高穩(wěn)定性、低功耗等性能的同時(shí)，突破傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體的邏輯運(yùn)算框架，進(jìn)而利用材料或結(jié)構(gòu)的量子特性實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算（非Abel統(tǒng)計(jì)）、高精度標(biāo)準(zhǔn)量的定義，是當(dāng)前備受物理、材料和技術(shù)等理論和實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)學(xué)術(shù)難題［1-3］。近年來，凝聚態(tài)物理學(xué)提出的拓?fù)鋺B(tài)這一全新概念為這一難題的解決提供了一種可行方案。隨著實(shí)驗(yàn)和理論工作的不斷推進(jìn)，拓?fù)溆^念也越來越被認(rèn)為是打開通向自然界中許多基本物理現(xiàn)象之門的一把鑰匙，例如使用Chern數(shù)拓?fù)洳蛔兞縼砝斫庹麛?shù)量子Hall效應(yīng)［4］，使用Z2拓?fù)洳蛔兞亢妥孕?Chern數(shù)來認(rèn)識(shí)量子自旋 Hall效應(yīng)［5，6］等。不同于傳統(tǒng)的電子學(xué)器件，拓?fù)湫土孔悠骷休d流子傳載信息時(shí)由于受拓?fù)浔Ｗo(hù)而不容易受到雜質(zhì)、缺陷等不利條件的干擾，信號(hào)穩(wěn)定［4-10］。因拓?fù)涓拍畹拈_創(chuàng)性工作，David J．Thouless、F．Duncan M．Haldane和 J．Michanel Kosterlitz獲得2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?？梢韵胂螅磥砘谕?fù)湫土孔悠骷脑O(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用必將引領(lǐng)新的科技潮流。

如何設(shè)計(jì)拓?fù)湫土孔悠骷?？一種行之有效的方法就是利用外場調(diào)控的手段在比較容易生產(chǎn)制備的材料上實(shí)現(xiàn)拓?fù)湎嘧儯@也是當(dāng)前凝聚態(tài)物理學(xué)前沿領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)重要的物理問題。第一個(gè)實(shí)際的二維拓?fù)浣^緣體材料HgTe／CdTe量子阱繼2006年張首晟等理論預(yù)言后于2007年被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)［7］，而樣品制備相對較難，限制了這種材料在工業(yè)化中的廣泛使用。值得慶幸的是，近年來凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)前沿領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的單雙層石墨烯、鍺烯、二硫化鉬等類石墨烯材料都已在實(shí)驗(yàn)上成功制備，并初步具備了大規(guī)模生產(chǎn)的條件。這類二維六角晶體材料在外場調(diào)控下表現(xiàn)出許多異于常規(guī)材料的拓?fù)渖戏瞧接沟男再|(zhì)［8，11-13］?；谕?fù)溲芯康闹匾院皖愂┎牧辖Y(jié)構(gòu)簡單、易制備、性質(zhì)優(yōu)異等特點(diǎn)，本綜述論文選擇對單雙層石墨烯、鍺烯、二硫化鉬這幾種典型類石墨烯材料的拓?fù)湫再|(zhì)研究作一回顧與展望。需要說明的是，硅烯在結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)上都與鍺烯類似（主要原因是硅與鍺屬于同主族元素），僅相互作用的強(qiáng)弱有所區(qū)別，因其自旋-軌道耦合相對較弱［8］，在表現(xiàn)拓?fù)湫再|(zhì)的可探測性和實(shí)用性方面相對沒有鍺烯好，故本文不作贅述。其它類石墨烯材料如二硫化鉬、二硒化鎢（MX2類材料典型代表）、磷烯等因自旋軌道耦合作用相比于本征能隙或其它相互作用強(qiáng)度太弱［14］不作詳細(xì)闡述，將在本文最后作討論和展望。

2 類石墨烯材料結(jié)構(gòu)及基本電子性質(zhì)

自2004年Novesolov和Geim等首次使用機(jī)械剝離法成功制備出具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單層石墨烯以來，二維六角晶體材料迅速成為探索凝聚態(tài)物質(zhì)中新奇物理現(xiàn)象及其規(guī)律的研究熱點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)和理論方面的成果層出不窮，雙層石墨、鍺烯以及二硫化鉬等類石墨烯材料相繼被成功制備［14-19］。Novesolov和Geim因在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)工作榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。類石墨烯材料因其晶體結(jié)構(gòu)簡單、較易制備、物理性質(zhì)豐富，并且在很多方面都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，極大地推動(dòng)了凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展［16-19］。例如，2005年 C．L．Kane和 E．J．Mele在石墨烯材料中人為引入強(qiáng)內(nèi)秉自旋-軌道耦合作用，提出了典型的二維拓?fù)浣^緣體現(xiàn)象即量子自旋Hall效應(yīng)［5］，并于近年在不同體系中證實(shí)了量子自旋 Hall效應(yīng)的存在［7，20-22］。

單雙層石墨烯、硅烯、二硫化鉬等材料是典型的類石墨烯材料，其結(jié)構(gòu)和基本電子性質(zhì)如表1所示。這類材料結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是，其俯視圖都具有二維六角晶體結(jié)構(gòu)。細(xì)節(jié)來看，單層石墨烯因120度的sp2雜化鍵角而達(dá)到原子級平整，雙層石墨烯是兩層單層石墨烯通過層間van der Waals鍵形成的穩(wěn)定二維結(jié)構(gòu)，硅烯因硅—硅鍵相對石墨烯碳—碳鍵較弱使其穩(wěn)定雜化方式為sp2和sp3混合式進(jìn)而表現(xiàn)出低翹曲結(jié)構(gòu)包含上下兩層結(jié)構(gòu)［12］，二硫化鉬因構(gòu)成元素有硫和鉬兩種而表現(xiàn)出上中下三層結(jié)構(gòu)。從能量帶隙來看，單雙層石墨烯因自旋軌道耦合作用太弱導(dǎo)致能隙基本可以忽略，低能近似下電子是遵循線性Dirac色散或二次色散的Fermi子［15］，但鍺烯和二硫化鉬都具有本征強(qiáng)自旋軌道耦合作用，能隙相對較大，其電子可認(rèn)為是有質(zhì)量的 Dirac Fermi子［14-16］。通過縮小尺寸將石墨烯制備成納米條帶，利用其較強(qiáng)的Coulomb阻塞作用，或者通過襯底臨近效應(yīng)誘導(dǎo)子格勢，可以使系統(tǒng)出現(xiàn)能隙［14］。一般來講，鍺烯是窄帶隙半導(dǎo)體，而二硫化鉬屬于較寬能隙的半導(dǎo)體，能隙均可通過外場作用進(jìn)行調(diào)變［13］。從實(shí)驗(yàn)手段的發(fā)展來看，在單雙層石墨烯、鍺烯、二硫化鉬等構(gòu)成的類石墨烯材料上除采用機(jī)械剝離法、化學(xué)方法等多種方法進(jìn)行制備，目前實(shí)驗(yàn)室用的類石墨烯材料樣品主要通過化學(xué)方法制備，比較實(shí)用有效的方法有兩種：一是氧化還原法，環(huán)保、高效、成本較低并能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，極具潛力和發(fā)展前途，但考慮到強(qiáng)氧化劑會(huì)破壞電子結(jié)構(gòu)以及晶體的完整性，這一方法還有待進(jìn)一步改善；二是化學(xué)氣相沉積法，可用于大規(guī)模制備高純度、高質(zhì)量、大面積的類石墨烯材料，但成本相對較高，有待進(jìn)一步研究［23，24］。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)方面的物性探測也在逐漸拓展和加深［16-19］。單雙層石墨、二硫化鉬材料由于研究起步相對較早，其電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)研究相對成熟，而鍺烯材料研究因起步晚，進(jìn)展相對較慢，但其理論研究已較為深入。

表1 典型類石墨烯材料基本結(jié)構(gòu)及重要參數(shù)［12-16］Tab．1 Basic structures and important parameters for graphene-like materials［12-16］

3 外場作用下的拓?fù)湫再|(zhì)

無外場作用下，單雙層石墨烯和二硫化鉬很難表現(xiàn)出可測量的量子自旋Hall效應(yīng)、量子反常Hall效應(yīng)等二維拓?fù)浣^緣體性質(zhì)，前者是由于自旋軌道耦合太弱，而后者是由于本身能隙太大導(dǎo)致自旋軌道耦合作用無法翻轉(zhuǎn)導(dǎo)帶和價(jià)帶［12-16］。但是，利用外場調(diào)變的方式，完全可以在單雙層石墨烯和二硫化鉬材料中實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋺B(tài)的產(chǎn)生和控制［25-28］。除拓?fù)錈o能隙邊態(tài)特征外，類石墨烯材料在一定條件下可以通過具有規(guī)范不變性的Berry曲率效應(yīng)表現(xiàn)出特殊的體拓?fù)涮匦裕瑢?shí)驗(yàn)上則通過非局域性輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)測定［29-31］。對于自然狀態(tài)下的鍺烯材料，其本征的強(qiáng)自旋軌道耦合作用支持量子自旋Hall相的存在，外場作用也可調(diào)節(jié)其拓?fù)湎嘧儯?2-34］（表 2）。

表2 外場作用下典型類石墨烯材料的拓?fù)湫再|(zhì)Tab．2 Topological properties under external fields in graphene-likematerials

3．1 單層石墨烯的拓?fù)湫再|(zhì)

單層石墨烯在忽略微弱的自旋軌道耦合作用且空間反演對稱性不破缺的情況下，表現(xiàn)出無質(zhì)量的Dirac Fermi子行為，兩個(gè)能谷上電子具有的Berry相位為＋π和－π；在Rashba自旋軌道耦合的作用下，空間反演對稱性依然不會(huì)被破壞，Berry相位突變?yōu)?＋2π和 －2π［37］；但 BN襯底超晶格勢作用可破壞其空間反演對稱性，使其表現(xiàn)出兩個(gè)能谷Berry曲率符號(hào)相反故非零谷Chern數(shù)反號(hào)，在輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)中可表現(xiàn)出能谷Hall效應(yīng)，這一規(guī)范不變的特性已通過逆自旋Hall效應(yīng)裝置進(jìn)行了測定［29］。注意，這里的Berry相位是與絕熱過程回路選擇無關(guān)的量，對于單雙層石墨烯及其Rashba系統(tǒng)是比較好的拓?fù)洳蛔兞?；但對更廣泛的系統(tǒng)來說，Berry相是依賴于規(guī)范變化的，而Berry曲率表征的有效場是規(guī)范不變的，更能體現(xiàn)拓?fù)湫再|(zhì)的物理量。

自然狀態(tài)下的單層石墨烯，在垂直照射非共振圓偏振光的作用下，可以出現(xiàn)無能隙的邊態(tài)，被稱為Floquet拓?fù)鋺B(tài)，是一種時(shí)間反演對稱性破缺的拓?fù)鋺B(tài)［35，36］。如果進(jìn)一步考慮BN或SiC襯底超晶格勢作用，單層石墨烯在調(diào)節(jié)偏振光強(qiáng)度的作用下會(huì)表現(xiàn)出Floquet拓?fù)鋺B(tài)和普通能帶絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，且相界上出現(xiàn)單能谷Dirac錐態(tài)［25］。需要說明的是，非共偏振光與共振偏振光有明顯區(qū)別：非共振偏振光因頻率很高且超出能帶展寬，故對電子運(yùn)動(dòng)起到的作用是附加一有效場，可用矢量勢進(jìn)行描述，因而可以改變系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)；共振偏振光是我們通常講的偏振光，頻率較低，其作用是促使電子進(jìn)行能級躍遷，對半導(dǎo)體材料來說可以激發(fā)價(jià)帶電子至導(dǎo)帶中但不能改變能帶結(jié)構(gòu)。目前對Floquet拓?fù)鋺B(tài)的探測已在其它一些材料中觀測到信號(hào)［38］，可期望將類似的實(shí)驗(yàn)方法和手段經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)后用于類石墨烯材料，結(jié)合其它外場調(diào)控手段來觀測Floquet相關(guān)的拓?fù)湎嘧儭?/p>

3．2 雙層石墨烯的拓?fù)湫再|(zhì)

雙層石墨烯在忽略微弱的自旋軌道耦合作用且空間反演對稱性不破缺的情況下，其低能電子表現(xiàn)為拋物線形色散關(guān)系，兩個(gè)能谷上電子具有的Berry相位為＋2π和－2π，在Rashba自旋軌道耦合的作用下，空間反演對稱性依然不會(huì)被破壞，Berry相位突變?yōu)椋泻停校?7］。有趣的是，自然狀態(tài)下的雙層石墨烯在外加層間偏壓作用下，空間反演對稱性會(huì)被破壞，兩個(gè)能谷也會(huì)表現(xiàn)出Berry曲率符號(hào)相反的特性，并且在體能隙中會(huì)存在無能隙的邊態(tài)，被稱為量子能谷Hall絕緣體態(tài)，這一效應(yīng)已被近期的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)［30，39］。

對實(shí)驗(yàn)制備出的雙層石墨烯，附加Rashba自旋軌道耦合和層間電場聯(lián)合作用后，只要Rashba自旋軌道耦合作用大于層間van der Waals作用約300 meV，量子自旋Hall相就會(huì)出現(xiàn)，通過控制層間電場大小系統(tǒng)可在量子自旋Hall態(tài)和量子能谷Hall態(tài)之間進(jìn)行切換［26］。目前在石墨烯系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)的較為穩(wěn)定的Rashba自旋-軌道耦合作用強(qiáng)度不會(huì)超過 30 meV［40］，因此僅有Rashba作用很難在雙層石墨烯中探測到量子自旋Hall效應(yīng)。近期的理論研究表明，如果考慮BN襯底超晶格勢破壞無偏壓下的空間反演對稱性，可以證明，即使在Rashba自旋軌道耦合作用趨于零的情況下，通過調(diào)節(jié)層間電場依然會(huì)有量子自旋Hall相出現(xiàn)［27］。這一結(jié)果為石墨烯材料中量子自旋Hall效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)和探測打開了新思路，當(dāng)然還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3．3 鍺烯的拓?fù)湫再|(zhì)

鍺烯本身具有較強(qiáng)自旋軌道耦合作用，本征狀態(tài)下理應(yīng)是二維拓?fù)浣^緣體，能夠表現(xiàn)出量子自旋Hall效應(yīng)，具有無能隙的邊態(tài)［12-14］。在層間電場的調(diào)節(jié)下，將發(fā)生拓?fù)湎嘧?，鍺烯系統(tǒng)可以在普通絕緣體與量子自旋Hall絕緣體之間切換，若進(jìn)一步考慮鐵磁襯底近鄰效應(yīng)、反鐵磁場臨近誘導(dǎo)的引入或非共振圓偏振光的作用，系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)量子反常Hall態(tài)，甚至是特殊的能谷極化的量子反常Hall態(tài)［32-34］。從能隙這一物理量來看，對于強(qiáng)自旋—軌道耦合作用系統(tǒng)，發(fā)生拓?fù)湎嘧兊牡湫蜆?biāo)志是能隙的關(guān)閉與重新打開（或者是打開后再關(guān)閉），這和拓?fù)渲笖?shù)計(jì)算給出的嚴(yán)格結(jié)果相對應(yīng)，即自旋或能谷依賴的拓?fù)銫hern數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的突變。在反鐵磁場、層間電場及s波超導(dǎo)臨近效應(yīng)等聯(lián)合作用下，鍺烯可表現(xiàn)出拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)及拓?fù)湎嘧儯嚓P(guān)理論已經(jīng)證明Majorana Fermi子可通過不同拓?fù)湎嘧儏^(qū)構(gòu)造的磁盤結(jié)構(gòu)在其結(jié)區(qū)進(jìn)行測定［33］。

此外，現(xiàn)有的第一性原理計(jì)算表明，鍺烯除具有較強(qiáng)內(nèi)稟自旋—軌道耦合作用支持拓?fù)湎嗟拇嬖谕?，還會(huì)因?yàn)槎蚧f等襯底的不同表現(xiàn)出Rashba類型的自旋-軌道耦合作用［41］。進(jìn)一步的理論計(jì)算結(jié)果顯示，Rashba自旋—軌道耦合作用對于實(shí)現(xiàn)能谷極化的拓?fù)湎嘁卜浅Ｖ匾?2，43］。當(dāng)然，鍺烯中拓?fù)湎嗟拇嬖谶€需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展相對較為緩慢，對樣品以及晶格振動(dòng)、電聲子作用等實(shí)際因素的影響仍需進(jìn)一步考慮，還有很多影響拓?fù)湎啻嬖诘膯栴}也值得深入研究和探討。

3．4 二硫化鉬的拓?fù)湫再|(zhì)

就二硫化鉬材料本征結(jié)構(gòu)來講，其不同雜化軌道本身誘導(dǎo)的能隙遠(yuǎn)大于內(nèi)秉自旋軌道耦合作用，故導(dǎo)帶和價(jià)帶無法翻轉(zhuǎn)，不能表現(xiàn)出無能隙的拓?fù)溥厬B(tài)［17］。第一性原理計(jì)算結(jié)果表明，二維轉(zhuǎn)變金屬材料空間構(gòu)型穩(wěn)定結(jié)構(gòu)不只一種，在外界應(yīng)變場和層間電場的聯(lián)合作用下，一些空間構(gòu)型的能隙可以得到高效調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可通過量子相變實(shí)現(xiàn)量子自旋Hall態(tài)［28］。在二硫化鉬構(gòu)成的多層van der Waals結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)節(jié)電場也可實(shí)現(xiàn)拓?fù)湎嘧儭＿@些結(jié)果開拓了以二硫化鉬為代表的過渡金屬氧化物在拓?fù)潆娮訉W(xué)中的潛在應(yīng)用價(jià)值。

對自然狀態(tài)下的二硫化鉬，通過外加共振圓偏振光以及層間電場，可觀測到可調(diào)的能谷Hall效應(yīng)，其拓?fù)鋵傩杂煞蔷钟驅(qū)嶒?yàn)結(jié)果測定［17，44，45］。在雙層二硫化鉬系統(tǒng)中，也可通過外加共振偏振光垂直照射樣品，并考慮層間電場的調(diào)節(jié)，觀測到能谷Hall信號(hào)［17］。這些非局域?qū)嶒?yàn)對樣品的雜質(zhì)情況要求并不高，反映了拓?fù)湫再|(zhì)測量的魯棒性，表明二硫化鉬材料在未來能谷電子器件和自旋電子器件中具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。

4 拓?fù)渚w管的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

基于外場作用下類石墨烯材料所表現(xiàn)出的拓?fù)湎嘧冃袨?，近期的研究也在關(guān)心功耗低、易控制、開關(guān)比高的拓?fù)湫途w管裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。根據(jù)目前拓?fù)湫再|(zhì)研究和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況判斷，易規(guī)?；a(chǎn)的類石墨烯材料是未來高性能低功耗量子器件走向應(yīng)用的候選材料且很有前景。基于外場作用下類石墨烯材料所表現(xiàn)出的拓?fù)湎嘧冃袨?，理論上完全可以設(shè)計(jì)出高性能易控拓?fù)湫途w管裝置?？傮w來講，目前拓?fù)渚w管的理論研究正逐步成熟，相比之下實(shí)驗(yàn)研究較為緩慢。事實(shí)上，量子自旋Hall效應(yīng)、量子反常Hall效應(yīng)等拓?fù)湎嗟膶?shí)現(xiàn)均是在理論預(yù)言之后被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)［20-22，46，47］。

基于單雙層石墨烯、鍺烯及二硫化鉬等設(shè)計(jì)的拓?fù)湫途w管裝置如表3所示，其拓?fù)溥厬B(tài)在實(shí)空間結(jié)構(gòu)或能帶結(jié)構(gòu)中的具體狀態(tài)體現(xiàn)在右側(cè)。對單層石墨烯材料，理論結(jié)果顯示，垂直照射的圓偏振光強(qiáng)度調(diào)節(jié)對拓?fù)漭斶\(yùn)的打開和關(guān)閉起到很好的控制作用［25］；對雙層石墨烯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，層間電場的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋺B(tài)的控制［30］；對于鍺烯材料來講，已有理論結(jié)果論證，層間電場對于拓?fù)鋱鲂?yīng)管中拓?fù)鋺B(tài)的存在起到調(diào)節(jié)作用［12］；對于二硫化鉬，第一性原理計(jì)算證明，層間電場和應(yīng)變場的聯(lián)合調(diào)控下，場效應(yīng)晶體管具有可調(diào)的拓?fù)湫再|(zhì)［28］?；谀壳巴?fù)湫途w管的研究現(xiàn)狀，有充足的理由相信，拓?fù)涓拍顚⒃诋?dāng)代電子學(xué)的發(fā)展中起到變革性作用，對以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的元器件制備也會(huì)起到不可替代的作用。

5 結(jié)語與展望

綜上所述，利用外場調(diào)控下類石墨烯材料表現(xiàn)出的拓?fù)湫再|(zhì)，完全有可能實(shí)現(xiàn)拓?fù)湫途w管的有效設(shè)計(jì)和應(yīng)用。根據(jù)最新有關(guān)襯底近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)二維材料磁性的實(shí)驗(yàn)［48，49］，有充分的理由相信，在類石墨烯材料中可能存在的所有拓?fù)湎嗉捌渫鈭隹刈兌紝⒃诮酉聛淼膸啄戢@得實(shí)驗(yàn)證實(shí)。面對當(dāng)前大量已成功制備的類石墨烯材料及van der Waals異質(zhì)結(jié)材料，可以利用各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行樣品制備與物性測量，通過建立合理的物理模型進(jìn)行理論處理，包括利用密度泛函理論及從頭算方法對其物理性質(zhì)進(jìn)行求解，進(jìn)而開發(fā)探索其豐富的物理性質(zhì)。除本文提到的單雙層石墨烯、鍺烯及二硫化鉬等類石墨烯材料外，其它新型二維材料如二硒化鎢（MX2類材料典型代表）、磷烯、氮化硼、FeSe（MX類材料典型代表）等類石墨烯材料［24，49-52］的自旋軌道作用相對于本征能隙或其它相互作用較小，本征拓?fù)涮匦员憩F(xiàn)不太顯著，也可通過本綜述論文所總結(jié)的外場誘導(dǎo)拓?fù)湎嘧兊姆绞?，探索其在未來拓?fù)潆娮悠骷O(shè)計(jì)及應(yīng)用中可能發(fā)揮的作用，并進(jìn)一步研究這些磁性拓?fù)鋺B(tài)在熱電轉(zhuǎn)換量子器件中的應(yīng)用［53-55］。

對由大量類石墨烯新材料構(gòu)成的低維量子結(jié)構(gòu)，包括納米條帶及量子點(diǎn)等，可以考察在電場、磁場、應(yīng)力場、光場、溫度場等一個(gè)或多個(gè)外場的協(xié)作調(diào)控下與自旋、能谷等自由度相關(guān)的電子輸運(yùn)性質(zhì)，關(guān)注電子間Coulomb相互作用、電子自旋，及襯底或摻雜誘導(dǎo)的自旋軌道耦合作用對材料整體性質(zhì)的影響，特別是能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制，能隙的打開和關(guān)閉以及室溫下可實(shí)現(xiàn)拓?fù)湎嗟哪芟?，找到更好調(diào)節(jié)這類材料電子拓?fù)湫再|(zhì)的方式；探討類石墨烯材料中由結(jié)構(gòu)和參量調(diào)節(jié)形成新相如超導(dǎo)相的問題，由熱驅(qū)動(dòng)或電子關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)的相變，以及重要的拓?fù)淞孔酉嘧兊葐栴}，探討它們的電、光、熱、磁方面所表現(xiàn)的優(yōu)良性質(zhì)?？梢云谕?，對類石墨烯材料拓?fù)湫再|(zhì)的研究，可廣泛應(yīng)用于量子器件中，在p-n-p晶體管、集成電路、光晶體管、傳感器以及熱電轉(zhuǎn)換器等新技術(shù)方面開拓新的局面。