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我校物理學系馬天星教授及其博士生張陸峰與加州大學Davis分校的Richard T. Scalettar教授課題組合作，使用數值嚴格的方法，研究了狄拉克費米體系中電子關聯和無序的相互競爭，發現無序減小了金屬-絕緣轉變需要的臨界庫倫相互作用值，并導致了新的非磁絕緣相。這一發現豐富了我們對狄拉克費米體系中金屬-絕緣相變的認知，有助于發明新的低功耗莫特晶體管。該成果已發表在國際物理學界權威期刊Phys. Rev. Lett.上[1]，我校物理學系為第一完成單位。
早在1958年，美國物理學家Anderson首先預測，在導體內加入雜質，導電性會消失而呈現出絕緣體的性質。這一現象，即Anderson局域化，是凝聚態物理的經典問題，Anderson也因此獲得了1977年的諾貝爾物理學獎。近年來，無相互作用的狄拉克費米電子體系，如石墨烯、硅烯等新型材料引起了人們廣泛的興趣，其典型特點是費米能級附近的電子態密度的線性色散關系。
在實際材料中，電子關聯和無序不可避免，而理論上處理好電子關聯與無序的競爭是凝聚態物理領域的難題。利用精確的量子蒙特卡羅數值算法，他們研究了狄拉克費米體系中，多體關聯相互作用和無序效應這兩種電子態局域化驅動機制在該二維系統中的競爭關系。他們發現當引入無序后，減小了金屬-絕緣轉變需要的臨界庫倫相互作用U值，并增大了維持AFM（反鐵磁長程序）所需的U值，從而系統的磁性轉變和金屬-絕緣轉變不再同時發生。在這個新的相圖內，還發現了從無能隙-類Anderson絕緣體到有能隙-類莫特絕緣體的相變過程。
另外，馬天星教授的課題組主要從事電子關聯體系磁性和超導電性的研究，其與合作者預言的石墨烯體系自旋三重態的超導配對[2]，最近得到了劍橋大學實驗小組的支持[3]。這些工作得到了國家自然科學基金重點項目和面上項目、北京師范大學高性能計算中心等的支持。
全文鏈接:
[1] https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.116601
[2] https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.90.245114
[3] http://www.nature.com/articles/ncomms14024