摘要：低维材料不断涌现的新奇性质吸引着科学研究者的目光.除了电子的量子输运行为之外,人们也陆续发现和确认了热输运中显著的量子行为,如热导低温量子化、声子子带、尺寸效应、瓶颈效应等.这些小尺度体系的热输运性质可以很好地用非平衡格林函数来描述.本文首先介绍了量子热输运的特性、声子非平衡格林函数方法及其在低维纳米材料中的研究进展;其次回顾了近年来在一系列低维材料中发现的热-自旋输运现象.这些自旋热学现象展现了全新的热电转换机制,有助于设计新型的热电转换器件,同时也给出了用热产生自旋流的新途径;最后介绍了线性响应理论以及在此理论框架下结合声子、电子非平衡格林函数方法进行的一些有益的探索.量子热输运的研究对热效应基础研究以及声子学器件、能量转换器件的发展有着不可替代的重要作用.

摘要：二维磁性材料具有低维体系独特的电子特性、丰富的可调控特性和优异的磁响应性质,在逻辑计算、信息存储等领域具有广阔的应用前景.自从实验上成功合成原子层厚度的具有本征磁性的二维层状材料CrGeTe3和CrI3以来,二维磁性材料得到了理论计算和实验上的广泛关注.第一性原理计算能够预言材料的结构和性质、辅助实验探索物理现象本质并可进一步设计具有优异性能的新材料.本文首先介绍了磁性材料的基础理论和第一性原理计算方法,接着结合四类典型的二维磁性材料介绍理论计算的研究进展,包括二维磁性绝缘体CrGeTe3和CrI3、二维磁性金属Fe3GeTe2、二维内禀磁性拓扑材料MnBi2Te4和二维高温量子反常霍尔绝缘体LiFeSe.最后对二维磁性材料的第一性原理研究的未来发展方向作了展望.

摘要：作为一种典型的受限小量子体系,二维量子体系具有丰富的物理规律和新奇的物理效应,是探索低维物理和开展量子调控的理想材料体系。本文重点介绍新型小量子体系的理论研究和计算模拟,二维新型材料体系的构筑、物性探测与调控,新型理论计算方法和前沿实验技术的开发等方面的研究进展。在理论方面,发现二维材料激发态的普适性规律,揭示拓扑/超导体系中的演生超对称,发展第一性原理非线性光学计算方法;在实验方面,在铁基超导薄膜的制备和量子序的研究、准晶石墨烯的电子结构和石墨烯的手征对称性破缺的实现、氧化物薄膜及二维材料的离子调控等方面取得重要进展,并发展高分辨扫描超导量子干涉器等。这些原创性科学研究加深了人们对复合二维量子体系丰富量子态和新奇物理现象的理解,增强了我国在小量子体系制备、物性探测与调控方面的国际影响力。

摘要：石墨烯因其独特的电子性质在纳米电子学、功能材料、生物、能源等领域展现出了丰富的应用前景.第一原理计算研究可以对石墨烯材料进行有效的电子功能化设计,从而为实验上进行有目的合成或表征提供可靠的理论依据和指导.本文从晶格缺陷、边缘功能化、表面吸附掺杂和界面调控等4个方面总结了对石墨烯材料进行功能调制的主要理论进展.同时,也回顾了一些相关的实验进展.