量子材料疑难实验数据的第一性原理分析
介绍
过去十年中，凝聚态物理在理论、计算和实验三个方面都有突破性的进展。然而，相比于整个领域的发展，从总体上来看，第一性原理计算的视野范围还相当局限，有不少重要的、特别是新提出的问题未得到足够的关注。本课题立足于通过第一性原理计算，针对量子材料实验中的若干疑难观测数据进行模拟和分析，讨论其中存在争议且理论上具有重要意义的关键科学问题，为以量子自旋液体的核磁共振谱、铁基超导材料的角分辨光电子谱和拓扑超导体系的扫描隧道谱为代表的相关实验提供可信的第一性原理支持。
第一性原理计算的最大优势在于能（至少在平均场的层次上）量化一个复杂的材料体系中的各种微观作用，且原则上不含可调参数，因此结果在很大程度上不会受到主观判断的干扰，可以提供独立的判别依据。这一方法在确定传统固体材料的电子结构方面发挥过重要的作用。然而，一旦涉及强关联这块“硬骨头”，对于材料的模拟就很难通过第一性原理计算直截了当的完成。在多数情况下，计算结果的合理性需要仔细地加以评估，如何从中提取有用的信息，更需要结合已有的实验数据，并对材料的特点有敏锐的洞察。
本课题研究内容直接面向的实验疑难问题大体上分为三类：1.如何准确排除核磁共振谱中非本征自旋响应的干扰；2.如何在角分辨光电子谱（中辨认复杂序参量的存在及其相互影响；3.如何在扫描隧道谱中确认界面或表面超导的存在及其拓扑性质。这三类问题在讨论量子自旋液体的基态、铁基超导中的序参量、以及拓扑超导时具有十分重要的意义。基于已有的实验数据，学界对这些问题已做了大量的讨论，但仍有不少疑义。若实验手段上没有重大的突破，短期内恐怕很难获得确定无疑的结论。我们希望通过设计一些有针对性的第一性原理计算来提供新的线索，或许可以另辟蹊径，对于取得最后的共识有所裨益。
项目类型：清华大学理科发展双E计划，2019.1-2023.12
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