拓?fù)浒虢饘俨牧系牡谝恍栽硌芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 00:30
【摘要】：不同于之前發(fā)現(xiàn)的一些材料體系,目前探索的拓?fù)浣^緣體是一種新的材料,它擁有奇異的性質(zhì),比如該材料的體態(tài)是有能隙的,然而它的表面態(tài)卻展示出奇異的金屬性質(zhì)。這類材料的金屬一樣的表面態(tài)在受到時(shí)間反演對(duì)稱性保護(hù)的狀態(tài)下,在即使在非磁雜質(zhì)散射的情況下也依舊能夠穩(wěn)定存在。金屬表面態(tài)獨(dú)特的性質(zhì)在理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方面已吸引了極大的關(guān)注,不僅僅因?yàn)槔碚撋系闹匾?也因?yàn)樗鼡碛芯薮蟮膽?yīng)用前景。近些年,這種拓?fù)湫再|(zhì)也被擴(kuò)展到了拓?fù)浒虢饘兕I(lǐng)域,主要包括狄拉克和外爾半金屬。在大多數(shù)狄拉克或外爾半金屬中導(dǎo)帶和價(jià)帶交疊在動(dòng)量空間的一點(diǎn)。例如目前非�；鸬膬深惒牧螻a_3Bi和Cd_3As_2,這兩個(gè)拓?fù)涞依税虢饘俨牧隙家呀?jīng)被實(shí)驗(yàn)方面的科研工作者所證實(shí)。不過(guò),在節(jié)點(diǎn)線半金屬中,這些靠近費(fèi)米能級(jí)的能帶交疊點(diǎn)形成了閉合的線或環(huán)。許多的材料已經(jīng)被提出是節(jié)點(diǎn)線半金屬,包括多層的石墨烯,反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Cu_3PdN化合物等等。這樣的節(jié)點(diǎn)線半金屬態(tài)目前已經(jīng)科研工作者用角分辨光子能譜在PbTaSe_2等材料中觀測(cè)到。除上面的材料外,節(jié)點(diǎn)線結(jié)構(gòu)也在光子晶體和自旋液體中被發(fā)現(xiàn)。它們擁有有趣的物理性質(zhì),包含鼓膜一樣的表面態(tài),獨(dú)特的朗道能級(jí),長(zhǎng)程庫(kù)倫相互作用等等。這些性質(zhì)打開(kāi)了一條通向高溫超導(dǎo)的重要通道。拓?fù)涔?jié)點(diǎn)線半金屬還會(huì)形成一系列的轉(zhuǎn)化。它會(huì)在自旋軌道耦合的作用下轉(zhuǎn)變成三維拓?fù)浣^緣體,狄拉克和外爾半金屬。例如CaTe是個(gè)節(jié)點(diǎn)線半金屬,當(dāng)考慮自旋軌道耦合時(shí),它會(huì)轉(zhuǎn)變成一個(gè)狄拉克半金屬。再對(duì)它施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)變,它會(huì)從狄拉克半金屬轉(zhuǎn)化成一個(gè)強(qiáng)拓?fù)浣^緣體。近些年,節(jié)點(diǎn)線半金屬這些新奇的物理性質(zhì)在物理學(xué)領(lǐng)域吸引了極大的研究興趣,讓人們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)新奇的費(fèi)米子。在本篇論文中,基于第一性原理計(jì)算和有效模型分析我們,聚焦在節(jié)點(diǎn)線半金屬和狄拉克半金屬,研究它們新奇的物理性質(zhì)。本論文包括以下內(nèi)容:1我們通過(guò)基于全相對(duì)論性的第一性原理計(jì)算和有效的模型分析,認(rèn)真研究了層狀材料XIn_2P_2(X=Ca,Sr)的拓?fù)湫再|(zhì)。能帶反轉(zhuǎn)能夠被應(yīng)變誘導(dǎo),而不是依靠自旋軌道耦合,形成了一個(gè)位于k_z=0平面的圓環(huán),它受到時(shí)間反演對(duì)稱性和滑移面對(duì)稱性的保護(hù)。當(dāng)考慮自旋軌道耦合,節(jié)點(diǎn)線圓環(huán)被打開(kāi)帶隙,這個(gè)節(jié)點(diǎn)線半金屬會(huì)演變成一個(gè)拓?fù)浣^緣體。我們的研究是很有意義的,從新的方向和視角探究了節(jié)點(diǎn)線半金屬的形成。2通過(guò)第一性原理計(jì)算并且考慮電子自旋和軌道耦合,我們發(fā)現(xiàn)三維化合物BaGaSnH是一個(gè)拓?fù)涞依税虢饘佟Ｔ诳紤]自旋軌道耦合的情況下,一對(duì)狄拉克點(diǎn)在動(dòng)量空間位于(0,0,±0.45)的位置。非常巧合的是我們?cè)谫M(fèi)米能級(jí)上發(fā)現(xiàn)了狄拉克費(fèi)米子,這個(gè)發(fā)現(xiàn)意味著實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到狄拉克費(fèi)米子將會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí),這個(gè)狄拉克半金屬態(tài)對(duì)應(yīng)變是敏感的,它可以誘導(dǎo)這個(gè)化合物從狄拉克半金屬態(tài)轉(zhuǎn)變到平庸的半導(dǎo)體態(tài)。3通過(guò)第一性原理計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)不考慮自旋軌道耦合時(shí)化合物PbO_2是一個(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)線半金屬。nodal-line圓環(huán)之所以可以穩(wěn)定存在主要是被時(shí)間反演和空間反演對(duì)稱性所保護(hù)。在三維布里淵區(qū)中,圍繞Γ點(diǎn)有兩個(gè)nodal-line圓環(huán),兩個(gè)圓環(huán)彼此正交。這是不同于之前的發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)線半金屬,它們擁有一個(gè)或三個(gè)圓環(huán)。我們也計(jì)算出了該化合物100和001方向的鼓膜狀的表面態(tài)。當(dāng)電子的自旋和軌道耦合作用被考慮,這個(gè)材料將不再是半金屬,而是會(huì)打開(kāi)一個(gè)極小的能隙,轉(zhuǎn)變成一個(gè)拓?fù)浣^緣體。因此我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)探究節(jié)點(diǎn)線半金屬的存在提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。
【圖文】：
用來(lái)描述三種物質(zhì)態(tài)的圖。頂圖：最左邊描述了普通的絕緣態(tài)中電子地運(yùn)態(tài)的電子能帶結(jié)構(gòu)，占據(jù)態(tài)價(jià)態(tài)和非占據(jù)態(tài)導(dǎo)帶直接有一個(gè)能隙是的價(jià)：左邊描述處于強(qiáng)磁場(chǎng)下的二維量子霍爾態(tài)中的電子在洛倫茲力下同樣不同于絕緣態(tài)情況的是在體系邊緣處會(huì)發(fā)生電子運(yùn)動(dòng)的跳躍行為，所以態(tài)；右邊表示了量子霍爾態(tài)的電子結(jié)構(gòu)中類似絕緣態(tài)情況在占據(jù)的價(jià)態(tài)體能隙，但是不同之處是在能隙之中存在著一個(gè)邊緣態(tài)，它將導(dǎo)帶和價(jià)旋霍爾態(tài)，自旋相反的電子走在各自不同方向的通道上，但是總電流為文獻(xiàn)[27]。反�；魻枒B(tài)們來(lái)介紹一般的反�；魻栃�(yīng)。1881年, 霍爾效應(yīng)第一次被Edw鐵, 鈷,鎳等鐵磁性材料進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的這種奇異的物理個(gè)問(wèn)題，就是根本不需要在外加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行對(duì)霍爾效應(yīng)磁性材料中出現(xiàn)。這是由于樣品本身具有長(zhǎng)程的鐵磁序, 這樣
的雜質(zhì)的作用、聲子的散射作用給忽略掉，認(rèn)為它們不會(huì)對(duì)該效應(yīng)產(chǎn)生影響效應(yīng)的出現(xiàn)完全是因?yàn)樵摬牧舷到y(tǒng)本身具有的一種的本征性質(zhì)。另一類是外是指外界的條件導(dǎo)致該效應(yīng)的出現(xiàn)。例如 Smit 等人提出了反�；魻栃�(yīng)的kew scattering)機(jī)制[35]，和 1970 年 Berger 提出的邊跳(side jump)機(jī)制[36]，外系統(tǒng)的雜質(zhì)和缺陷有關(guān)。盡管這兩類機(jī)制的爭(zhēng)論還一直持續(xù)著，但是到 20自旋電子學(xué)的研究有了新的發(fā)展，，引起人們的關(guān)注。認(rèn)為自旋軌道耦合作用的時(shí)間反演對(duì)稱性才導(dǎo)致的反常霍爾效應(yīng)。并且理論工作也逐漸完善，貝里性質(zhì)也息息相關(guān)，它會(huì)導(dǎo)致反�；魻栃�(yīng)在該材料中出現(xiàn)，所以應(yīng)該說(shuō)它是制。 通過(guò)對(duì) Sr2RuO3系統(tǒng)[37]及金屬 Fe[38]中的反常霍爾效應(yīng)進(jìn)行的定量的第算研究, 都證實(shí)了這種內(nèi)稟機(jī)制的主導(dǎo)作用。隨后越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)與理論研這種基于貝里相位的內(nèi)稟機(jī)制的正確性。這種內(nèi)稟機(jī)制對(duì)于我們后面將要討反常霍爾效應(yīng)至關(guān)重要。
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB30
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本文編號(hào)：2698847
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【圖文】：
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【分類號(hào)】：TB30
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9 ;壓力誘導(dǎo)的強(qiáng)自旋軌道耦合化合物超導(dǎo)研究取得新進(jìn)展[J];硅酸鹽通報(bào);2015年02期
10 楊軍;戴斌飛;李霞;;自旋軌道耦合效應(yīng)及其應(yīng)用研究[J];大學(xué)物理;2011年08期
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1 孫慶豐;謝心澄;郭鴻;王健;;自旋軌道耦合和自旋流[A];量子電荷和自旋輸運(yùn)研討會(huì)論文集[C];2005年
2 廖任遠(yuǎn);;自旋軌道耦合玻色氣體[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年
3 朱濤;;電流誘導(dǎo)的自旋軌道耦合效應(yīng)中Oersted場(chǎng)的直接測(cè)量[A];2016中國(guó)功能新材料學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2016年
4 劉計(jì)紅;李玉現(xiàn);;自旋軌道耦合對(duì)正常金屬/半導(dǎo)體/超導(dǎo)體隧道結(jié)中的散粒噪聲的影響[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年
5 張慶營(yíng);;非中心力矩陣元的公式(續(xù))[A];第五次核物理會(huì)議資料匯編（中冊(cè)）[C];1982年
6 董衍坤;張紅梅;李玉現(xiàn);;自旋軌道耦合對(duì)Aharonov-Bohm測(cè)量?jī)x中自旋相關(guān)輸運(yùn)的影響[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年
7 黃巍;宋博;鄒岳洋;何成東;Elnur Hajiyev;張善超;Gyu-Boong Jo;;Yb-173簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體及其自旋軌道耦合的實(shí)現(xiàn)[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年
8 周仕明;張建衛(wèi);時(shí)鐘;何攀;趙海斌;;FePdPt有序合金薄膜中自旋軌道耦合對(duì)自旋輸運(yùn)和自旋動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的調(diào)控[A];2012中國(guó)功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨第三屆全國(guó)電磁材料及器件學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年
9 趙麗梅;張國(guó)鋒;;基于與Dzyaloshinskii-Moriya的各向異性反對(duì)稱相互作用兩個(gè)二自旋系統(tǒng)糾纏量子奧拓?zé)釞C(jī)[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年
10 周仕明;;自旋軌道耦合在磁性材料和自旋電子學(xué)器件中的調(diào)節(jié)作用[A];2015中國(guó)功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨第四屆全國(guó)電磁材料及器件學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2015年
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3 記者 劉歡;量子模擬計(jì)算速度將超世界最快計(jì)算機(jī)[N];北京日?qǐng)?bào);2016年
4 記者 吳月輝;超冷原子量子模擬領(lǐng)域我國(guó)科學(xué)家獲重大突破[N];人民日?qǐng)?bào);2016年
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2 董召陽(yáng);自旋軌道耦合系統(tǒng)中奇異量子相與自旋動(dòng)力學(xué)的研究[D];南京大學(xué);2018年
3 付正坤;量子簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體中的自旋軌道耦合[D];山西大學(xué);2014年
4 徐馥芳;碳納米管結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)特性研究[D];清華大學(xué);2007年
5 王春明;二維自旋軌道耦合系統(tǒng)中自旋霍爾效應(yīng)以及相關(guān)輸運(yùn)性質(zhì)的研究[D];上海交通大學(xué);2008年
6 杜永平;強(qiáng)自旋軌道耦合體系的第一性原理研究[D];南京大學(xué);2016年
7 吳凡;超冷費(fèi)米氣體中的奇異配對(duì)態(tài)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年
8 李源;具有自旋軌道耦合的二維電子系統(tǒng)自旋動(dòng)力學(xué)的研究[D];浙江大學(xué);2008年
9 陳光平;自旋軌道耦合偶極冷原子氣體的物性研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心);2017年
10 張奕;非中心對(duì)稱超導(dǎo)體自旋軌道耦合以及dHvA效應(yīng)研究[D];浙江大學(xué);2017年
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1 王震委;拓?fù)浒虢饘俨牧系牡谝恍栽硌芯縖D];河南師范大學(xué);2018年
2 萬(wàn)怡方;高效熱活化延遲熒光材料的設(shè)計(jì)與探索[D];南京郵電大學(xué);2018年
3 高斌斌;串聯(lián)耦合雙量子點(diǎn)中有效自旋軌道耦合場(chǎng)依賴的電子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)[D];太原理工大學(xué);2018年
4 姚群芳;二維過(guò)渡金屬硫化物中Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)的第一性原理研究[D];華東師范大學(xué);2017年
5 張鵬;自旋軌道耦合作用下二維超冷費(fèi)米氣體的零溫特性[D];山西大學(xué);2017年
6 張華;自旋軌道耦合下三組份三維費(fèi)米氣體超流態(tài)研究[D];華中師范大學(xué);2016年
7 劉聰明;二維自旋軌道耦合下拓?fù)浒虢饘俚牧孔幽M[D];山西大學(xué);2017年
8 王俊;具有自旋軌道耦合的一維冷原子費(fèi)米氣中的量子相以及無(wú)序效應(yīng)研究[D];浙江師范大學(xué);2015年
9 韓慧;銥基化合物中的自旋軌道耦合和自旋阻挫效應(yīng)研究[D];安徽大學(xué);2015年
10 程旦旦;自旋軌道耦合下三維三組份費(fèi)米氣體FF超流態(tài)研究[D];華中師范大學(xué);2017年
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