【摘要】：在磁性材料中,通過(guò)自旋-聲子相互作用打破體系時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性,已經(jīng)預(yù)測(cè)了非零的聲子角動(dòng)量。因此,考慮到聲子對(duì)總角動(dòng)量的貢獻(xiàn),先前由愛(ài)因斯坦德哈斯效應(yīng)所測(cè)得的旋磁比數(shù)據(jù)也需要進(jìn)行修正。非零的聲子角動(dòng)量表明聲子可以具有橢圓極化或者圓極化的振動(dòng)模式。在破壞空間反演對(duì)稱(chēng)性的非磁性材料中,聲子的手征性也已經(jīng)被理論預(yù)測(cè)了,并且其中非簡(jiǎn)并的手性聲子并不是來(lái)自于線(xiàn)性聲子模的疊加。谷間的手性聲子還具有明顯的非零的貝里曲率,因此可以誘發(fā)谷聲子霍爾效應(yīng)。最近,在單層的二硒化鎢材料中通過(guò)瞬態(tài)紅外光譜法,非簡(jiǎn)并的手性聲子在谷間電子散射過(guò)程中可以被光泵探針技術(shù)所檢測(cè)。隨著手性聲子在實(shí)驗(yàn)上的驗(yàn)證,聲子手征性的研究已經(jīng)引起了許多領(lǐng)域的關(guān)注,具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。在本論文中,我們首先通過(guò)構(gòu)建雙層中心堆積的三角格子體系,在布里淵區(qū)的角落得到了大量的手性聲子,且K(K')點(diǎn)聲子具有左旋或是右旋圓極化的振動(dòng)模式。此外,改變子格質(zhì)量比或?qū)娱g的耦合強(qiáng)度并不會(huì)影響谷聲子的手征性,這種魯棒性有助于材料的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于谷間的手性聲子,我們得到了非零的聲子貝里曲率,在應(yīng)變梯度場(chǎng)下這可以作為一個(gè)有效的磁場(chǎng),用來(lái)扭曲聲子的輸運(yùn),即實(shí)現(xiàn)了谷聲子霍爾效應(yīng)。通過(guò)第一性原理計(jì)算,能谷處的手性聲子在氯化鈉晶格[111]面中被找到,且K(K')點(diǎn)的聲子贗角動(dòng)量以及圓極化的聲子振動(dòng)模式也與理論求解相吻合。在六角AB晶格中周期性的摻雜原子,我們可以得到超晶格體系。通過(guò)把六角AB晶格中兩個(gè)不等價(jià)的谷折疊到同一個(gè)Γ點(diǎn)這一原理,實(shí)現(xiàn)了在Γ點(diǎn)研究手性聲子。對(duì)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形的(?)×(?)的正六角超晶格而言,我們?cè)谄洳祭餃Y區(qū)中心得到了左旋的或是右旋的手性聲子,且在三度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的保護(hù)下,此時(shí)還具有圓極化的聲子模。此外,我們發(fā)現(xiàn)手性的聲子還具有非零的貝里曲率,同樣可以實(shí)現(xiàn)聲子霍爾效應(yīng)。通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜原子的質(zhì)量,我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極其重要的基于Γ點(diǎn)的谷操縱機(jī)理,即手性聲子總是有規(guī)律的出現(xiàn)在上下兩個(gè)簡(jiǎn)并的聲子模間。因此,可以被人為的用來(lái)設(shè)計(jì)手性聲子出現(xiàn)的聲子支位置。最后,我們同樣對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的(?)×(?)的六角超晶格進(jìn)行了聲子手征性的研究。我們也在其布里淵區(qū)中心附近得到了手性聲子,且較大的聲子極化值總出現(xiàn)在Γ點(diǎn)簡(jiǎn)并的聲子模上。類(lèi)似的,通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜原子的質(zhì)量,此時(shí)同樣存在基于Γ點(diǎn)的谷操縱機(jī)理。通過(guò)以上兩種晶格體系,我們對(duì)倒空間的高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)K(K')和Γ點(diǎn)處的手性聲子及其拓?fù)湫再|(zhì)進(jìn)行了研究并得出了一系列重要的結(jié)論。我們堅(jiān)信這樣的一項(xiàng)工作可以為拓寬聲子學(xué)的研究提供一個(gè)新思路,并為后續(xù)開(kāi)展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供理論上的指導(dǎo),為聲子學(xué)的應(yīng)用提供參考。
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB30
【圖文】：

．１邋（ａ）邋ｒ邋＝邋０／ｓ：，不同晶格體系的聲子角動(dòng)量與頻率／ｌ的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（ｂ）聲子ｆ關(guān)于溫度和頻率的二維圖。（ｃ）邋Ａ邋＝邋ｌＴＨｚ，原胞內(nèi)不同能帶的聲子角動(dòng)量的關(guān)系，這里德拜溫度＆＝３５８Ｋ。（ｄ）邋：Ｔ邋＝邋０Ｋ，原胞內(nèi)不同能帶的聲子角動(dòng)量率Ａ的關(guān)系。＾逡逑從微觀(guān)角度，聲子角動(dòng)量定義為：逡逑？／Ｐ邐＝邋＾ｊＵｌａ邋Ｘ＾ｌａ邐（１－１－１點(diǎn)偏離平衡位置的位移與格點(diǎn)速度＃叉乘。這里，《，？己經(jīng)進(jìn)行了質(zhì)量約原胞／中第《個(gè)原子的位移。沿著Ｚ方向，逡逑？＾ｈ＝Ｘ（？－？）邐（１－１－２到位移的二次量子化形式邐丨。邋邐逡逑？ｐ＾邋＋邋Ｈ．ｃ．邐（卜】－３＊．ＣＴ邐Ｖ邋２（°＾Ｎ逡逑此時(shí)總的聲子角動(dòng)量的表達(dá)式逡逑

原子數(shù)記為》。逡逑如圖所示，對(duì)一個(gè)具有自旋－聲子相互作用的磁性體系，聲子是具備角動(dòng)量逡逑的。圖１．１邋（ａ）表明六角晶格和ｋａｇｏｍｅ晶格相較于三角格子和正方格子，前者逡逑所攜帶的聲子角動(dòng)量更大，即晶格原胞中原子數(shù)多的格子往往具有較大的聲子角逡逑動(dòng)量。圖１．邋１邋（ｃ）和（ｄ）給出了在六角晶格中不同聲子支對(duì)聲子角動(dòng)量的貢獻(xiàn)。逡逑可以看出在低溫下，聲學(xué)支對(duì)聲子角動(dòng)量的貢獻(xiàn)幾乎消失；在頻率不是很大的條逡逑件下，光學(xué)支幾乎對(duì)聲子角動(dòng)量的貢獻(xiàn)起決定性作用�？梢�(jiàn)當(dāng)晶格的原胞內(nèi)原子逡逑數(shù)增多時(shí)，聲子譜中的光學(xué)支數(shù)目也增多，聲子所攜帶的角動(dòng)量也就增大。這就逡逑解釋了蜂窩狀和ｋａｇｏｍｅ晶格比其他簡(jiǎn)單的格子具有更大的聲子角動(dòng)量的原因。逡逑圖１．１邋（ｂ）揭示了聲子角動(dòng)量Ｊｆ隨溫度和頻率／Ｉ的關(guān)系，可看出當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度方逡逑向反轉(zhuǎn)時(shí)，聲子角動(dòng)量也隨之反轉(zhuǎn)，這點(diǎn)恰恰驗(yàn)證了聲子霍爾效應(yīng)中溫差隨若磁逡逑場(chǎng)方向一起反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。至此，聲子被證實(shí)是具有角動(dòng)量的。逡逑ｉ邐Ｉ邐＾逡逑—逡逑｜：邐Ｅ逡逑邐邐夕逡逑圖１．邋２愛(ài)因斯坦德哈斯效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置逡逑非零的聲子角動(dòng)量具有重要的研究意義

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