【摘要】：近年來,二維材料已經成為技術應用和基礎科學領域的熱門研究材料。二維材料中的原子結構可以以不同的晶格形式存在,比如六角晶格、三角晶格和Kagome晶格等,其中Kagome晶格在近年來備受關注。Kagome晶格具有十分有趣的能帶結構:包括兩條狄拉克能帶和一條平帶,稱之為Kagome能帶。前者產生載流子遷移率極高的無質量費米子,而后者產生重費米子。由于平帶中的電子動能受到抑制而庫侖相互作用會變得更重要,這將引起很多強關聯現象,如鐵磁性、超導和Wigner晶格。目前,關于Kagome能帶的研究多數還只是基于理想模型。本論文將提出一些實際的Kagome晶格材料并研究其中蘊含的豐富的物理性質。論文總體分為五章。第一章簡單地描述了當前二維材料的發(fā)展現狀,并介紹了 Kagome晶格材料的軌道物理和電子性質、磁性和超導等。第二章我們簡述了所采用的第一性原理計算理論及緊束縛模型方法。第三章我們提出了一種新的能帶結構——雙Kagome能帶,它的迷人之處在于能夠同時在費米能級附近擁有狄拉克費米子和重費米子,這是前所未有的。更重要的是,我們發(fā)現在一種新型二維材料——P2C3中發(fā)現了雙Kagome能帶。P2C3擁有良好的穩(wěn)定性及奇特的電子性質。平帶的空穴摻雜使P2C3具有較強的磁性,且使得狄拉克能帶發(fā)生自旋極化;由狄拉克能帶和平帶引起的邊緣態(tài)證明P2C3擁有極好的輸運性質。此外,我們經過一系列的計算研究后提供了一種理論上可行有效的合成P2C3的實驗措施:可在襯底上生長P2C3,如Ag(111)面。第四章我們提出當滿足兩個條件時可以實現極性半金屬平帶系統(tǒng)。根據這些條件,我們提出了兩個新的由五元環(huán)分子組成的共價鍵有機框架材料(COF)。在沒有電子和空穴摻雜的情況下,兩種結構都存在自旋極化的平帶,而且它們都是極性半金屬材料。由于對稱性的限制,COF中的五元環(huán)分子并不能形成完美的晶格,而是扭曲的Kagome晶格。在這里,基于扭曲的Kagome晶格的緊束縛模型揭示了平帶的起源。第五章是對本論文的工作進行總結及對將來的工作進行展望。
【圖文】：

為廣泛的應用。石墨烯的發(fā)現打開了二維材料的世界之門，二維材料表現出許多逡逑特殊的性能，這使得它們可能在眾多領域中有很好的應用。二維材料的快速發(fā)展逡逑使其在整個學術界的研究地位抵達一個又一個高峰，這個家族的種類日漸豐富，，逡逑如硅烯、過渡金屬硫化物、硼烯等［３］。逡逑二維材料種類繁多，性質豐富多樣，不同的原子可以按照不同的晶格結構形逡逑成不同的材料。譬如，碳、硅、鍺等原子可以形成六角晶格；硼原子可以形成三逡逑角晶格；而碳等原子可以形成Ｋａｇｏｍｅ晶格。這些材料的電子性質與原子種類、逡逑晶格結構都緊密關聯。接下來，我們將從晶格結構這方面對二維材料進行簡單的逡逑介紹。逡逑１．１．１二維六角晶格材料逡逑近年來，與石墨烯的晶格結構相似的二維六角晶格材料接連被成功制備，如逡逑硅烯、過渡金屬硫化物等。六角晶格結構簡單，物理性質豐富多樣，同時具備許逡逑多潛在的應用前景，很大程度上推動了凝聚態(tài)物理學和材料科學等領域的發(fā)展。逡逑

湘潭大學碩士畢業(yè)論文逡逑（Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ邋Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ）成功從石墨中分離出石墨稀ｗ。在石墨烯中碳原子呈六方逡逑網狀排列，可以看作是單層的石墨，如圖１．１邋（ａ）所示。石墨烯的厚度約為３．３５逡逑人，碳碳鍵長為１．４２人，晶格常數為２．４６邋Ａ。在石墨烯中，每個碳原子以ｓｐ２軌逡逑道雜化與最近鄰碳原子形成較強的0鍵，剩余的＆軌道形成大７１鍵。而大Ｔｔ鍵逡逑處于半填滿狀態(tài)，大７：鍵中的電子為非定域的。所以電子在石墨烯中能自由移動，逡逑傳輸速度為１０６ｍ／ｓ。由于其獨特的電子能帶結構，石墨烯具有獨特的物理性質。逡逑由圖１．１邋（ｂ）可以看出，石墨烯是零帶隙的體系，導帶和價帶相交于費米能級的逡逑Ｋ和Ｋ’點且表現出很好的線性色散關系，且滿足無質量的狄拉克方程［１］。因此，逡逑此交點被稱之為狄拉克點。石墨烯除了具有超高電子遷移率、良好的導電性外，逡逑還具備光吸收效率低、導熱系數大等特點�？紤]自旋軌道耦合后
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

【參考文獻】

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1 張曉明;二維材料中的拓撲電子態(tài)和超導特性[D];山東大學;2017年

本文編號：2591473