“拓撲量子輸運理論與器件前沿探索”項目指南

　　為貫徹落實黨中央、國務院關于加強基礎研究和提升原始創新能力的重要戰略部署，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）數學物理科學部擬資助“拓撲量子輸運理論與器件前沿探索”原創探索計劃項目（以下簡稱原創項目）。

　　拓撲物態是凝聚態物理的前沿領域之一，對于發現新的宏觀量子效應和發展低能耗量子器件等具有巨大的科學研究價值。輸運不僅是研究凝聚態物質的主要手段，也對接器件應用出口，特別是拓撲物態具有奇異的輸運性質，包括無耗散的邊緣態、分數化電荷，以及近期發現的非線性拓撲響應等，使得拓撲物態的輸運理論和器件應用成為探索拓撲物態的前沿方向，是國際凝聚態物理研究的前沿領域，對于發展下一代量子器件和信息技術等重大基礎科學問題具有重要意義。本項目旨在通過精準材料設計與制備、極端條件下的表征技術、原型器件和原創理論的深度融合，創建、完善和發展拓撲物態在無耗散、非線性、分數化輸運性質等的基礎理論與器件應用，突破現有輸運理論、器件制備與探測能力的瓶頸，為推動拓撲物態在未來信息技術革命中的應用奠定科學基礎。

　　一、科學目標

　　本項目聚焦拓撲物態輸運在無耗散、非線性、分數化和器件應用方面的前瞻性問題，通過發展原創性理論、精準器件設計與制備以及極端條件下的表征技術，突破現有理論和實驗框架，揭示拓撲物態及其器件輸運中引起能量耗散、非線性效應和分數化特征的相關機理與調控規律，促進它們在無耗散、非線性、拓撲量子計算、場效應管和電阻標準計量器件等方面的應用。

　　二、研究方向和研究內容

　　（一）拓撲物態輸運中的能量耗散研究。

　　研究如何可控制備同時集成兩個或以上拓撲態的拓撲器件，并實現對它們拓撲邊緣態/界面態的精確調控；針對拓撲器件電輸運引起的局域耗散，開發與之相適應的空間分辨的表征技術與方法；測量拓撲輸運中的能量耗散，驗證相關的理論并探究引起輸運中能量耗散的機理；研究拓撲物態器件中降低能量耗散甚至實現無耗散輸運的物理原則；探索設計具備新穎功能的無耗散的拓撲物態器件。

　　（二）拓撲物態非線性輸運研究。

　　研究拓撲物態非線性量子輸運的微觀機理，包括非線性霍爾效應的微觀機理，特別是拓撲無序散射、對稱性、拓撲序、量子度規以及其量子化相關的機理；探索拓撲物態非線性量子輸運的器件應用，包括真實材料多端口器件非線性電流電壓關系，無耗散的非線性霍爾整流器件；探索非線性霍爾效應與高維度拓撲空間結構以及其它拓撲數的關系；拓展拓撲物態非線性量子輸運的理論，包括發展介觀及非平衡系統中非線性量子霍爾效應的有效理論，拓撲高階非線性響應的輸運理論。

　　（三）拓撲平帶中分數拓撲量子物態的輸運研究。

　　針對零磁場條件下在二維材料莫爾超晶格等低維量子材料系統的拓撲平帶中出現的分數拓撲量子物態（如分數量子反常霍爾效應），設計和制備高質量輸運器件，結合電場、磁場、光場、摻雜、壓力等多參量物態調控手段，系統研究分數拓撲物態的奇異物性及隨外界參量的演化規律，結合理論計算研究，揭示其物理機理，探索在拓撲平帶中實現滿足非阿貝爾統計的分數拓撲量子物態的可能性；研究零磁場分數拓撲物態的復合費米子費米液體圖像；設計制備新型量子輸運器件，開展零磁場下強關聯拓撲量子物態中分數電荷激發的探測。

　　（四）拓撲量子原型器件的研究。

　　基于低維拓撲量子材料和新興的莫爾超晶格轉角體系，開發和優化新型拓撲電子器件制備工藝，探究其拓撲量子輸運性質并發展多維度的物性調控手段，實現高質量的拓撲電子器件，并基于上述器件進行拓撲量子計算的理論探索；針對體系中存在的拓撲邊界態，探索影響零磁場電阻整數和分數量子化的關鍵條件，發展新型電阻標準計量器件；利用材料體系中的拓撲量子相變，實現拓撲場效應管等新型拓撲原型器件（工作溫度高于1.5K，開關比大于1000）；制備具有新穎功能的無耗散拓撲物態原型器件；探索影響拓撲物態實現溫度的內稟和外稟因素，提升拓撲電子器件的工作溫度。

　　三、資助計劃

　　本原創項目資助期限為4年，申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日－2027年12月31日”。計劃資助4項，平均資助強度為300萬元左右，總資助直接經費1200萬元左右。

　　四、申請要求

　　（一）申請資格。

　　1. 具有承擔基礎研究課題的經歷；

　　2. 具有高級專業技術職務（職稱）；

　　3. 鼓勵45歲以下的年輕人提出原創性項目申請。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

　　（二）限項申請規定。

　　1. 申請人同年只能申請1項原創項目。

　　2. 原創項目從申請開始直到自然科學基金委作出資助與否決定之前，不計入申請和承擔總數范圍，獲資助后計入申請和承擔總數范圍。

　　3. 應符合《2023年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

　　五、申請程序

　　（一）預申請。

　　1. 預申請提交時間為2023年10月21日－10月23日16:00。

　　2. 請申請人登錄國家自然科學基金網絡信息系統（以下簡稱信息系統）https://grants.nsfc.gov.cn/撰寫預申請。無信息系統賬號的申請人請向依托單位基金管理聯系人申請開戶。在信息系統“申請與受理”菜單下，點擊“原創項目預申請”，進入預申請填寫頁面，選擇“指南引導類”，附注說明選擇“拓撲量子輸運理論與器件前沿探索”，申請代碼1選擇“A20”或其下屬代碼。以上選擇不準確或未選擇的項目申請不予資助。

　　3. 預申請主要闡述所提學術思想的原創性、科學性和潛在影響力，字數控制在2000字以內。申請人按照信息系統中的有關提示填寫預申請相關內容后直接提交至自然科學基金委，并要求申請人必須在預申請的正文第一句明確寫明申請項目對應的本指南所列“研究方向”。

　　4. 自然科學基金委受理預申請并組織審查。審查結果和正式申請提交截止時間將以電子郵件形式反饋至申請人。

　　（二）正式申請。

　　1. 預申請審查通過的申請人，應按照“專項項目-原創探索計劃項目正式申請書撰寫提綱”要求填寫正式申請書。正式申請的核心研究內容應與預申請一致，并要求在正式申請書項目摘要的第一句明確寫明申請項目對應的本指南所列“研究方向”。

　　2. 本原創項目每個項目的合作研究單位不得超過2個，主要參與者必須是項目的實際貢獻者。

　　3. 申請人應根據《國家自然科學基金資助項目資金管理辦法》《項目資金管理有關問題的補充通知》有關規定和《國家自然科學基金項目資金預算表編制說明》的具體要求，認真如實編制《國家自然科學基金項目資金預算表》，依托單位要按照有關規定認真進行審核。

　　4. 本原創項目采用無紙化申請，申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書及附件材料。依托單位只需在線確認電子申請書及附件材料，無須報送紙質申請書，但應對本單位申請人所提交申請材料的真實性和完整性進行認真審核，在項目申請接收截止時間前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料；在截止時間后24小時內在線提交本單位申請項目清單。項目獲批準后，依托單位將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》最后，在規定的時間內按要求一并提交。

　　六、注意事項

　　（一）資助項目信息公布。

　　自然科學基金委將在官方網站公布資助原創項目基本信息。

　　（二）項目實施保障。

　　1. 原創項目負責人應將主要精力投入原創項目的研究中；依托單位應加強對原創項目實施的監督、管理和服務，減輕項目負責人不必要的負擔，為項目研究提供必要的制度和條件保障。

　　2. 為實現原創項目總體科學目標，獲得資助的項目負責人應當在項目執行過程中關注與其他項目之間的相互支撐關系。

　　3. 為加強項目之間的學術交流，本原創項目將設總體指導組和管理協調組，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人必須參加上述學術交流活動，并認真開展學術交流。

　　（三）其他。

　　原創項目申請與資助不設復審環節。

　　自然科學基金委將把相關項目負責人項目執行情況和評審專家的評審情況計入信譽檔案。

　　（四）咨詢方式。

　　國家自然科學基金委員會數學物理科學部物理科學一處

　　聯系人：劉強、姜向偉

　　聯系電話：010-62325055，62327181。