發(fā)布時間：2020-03-25 19:31

【摘要】：RAlGe(R=La,Pr,Ce)化合物是繼TaAs家族之后用于研究Weyl半金屬的很好的平臺。RAlGe(R=La,Pr,Ce)中的Weyl點的種類多樣。例如,在同種材料中既有Type-I類型的Weyl點也有Type-II類型的Weyl點,而根據(jù)R原子的不同,既有磁性的Weyl半金屬,又有無磁性的Weyl半金屬。LaAlGe已經(jīng)在實驗中被證實是比較理想的Type-II的無磁性的Weyl半金屬。PrAlGe和CeAlGe在理論計算中被證明是具有磁性的Weyl半金屬。因此,本文的主要研究內(nèi)容是利用角分辨光電子能譜儀技術(shù)去測量磁性Weyl半金屬RAlGe(R=Pr,Ce)的能帶結(jié)構(gòu)。我們利用助熔劑法成功的生長出了大尺寸高質(zhì)量的PrAlGe單晶和CeAlGe單晶,并且利用XRD和EDX對樣品的結(jié)構(gòu)和成分進行了表征,確定了我們所生長的樣品就是理論計算的Weyl半金屬PrAlGe和CeAlGe,其空間群為14_1md(109)。隨后,我們在20K的溫度,即PrAlGe單晶的居里溫度以上,在上海同步輻射光源利用高分辨率普通角分辨光電子能譜儀(Normal ARPES)測量了PrAlGe單晶高溫相的能帶結(jié)構(gòu)。首先,通過在高光子能量(472 eV)下測量了PrAlGe單晶在kx-ky面的電子態(tài)分布,我們確定了PrAlGe單晶在kx-ky面上的高對稱點和高對稱線的位置,然后通過改變光子能量測量了kz方向的電子態(tài)分布,尋找到了體高對稱點的位置。隨后我們在6K的溫度下,光子能量為21.2 eV的情況下,測量了PrAlGe單晶k_x-k_y面的電子態(tài)分布。我們按照理論計算所給的位置測量其能帶,我們確定了Type-I類型的Weyl點出現(xiàn)的位置和能量,但是由于樣品表面變質(zhì)太快,以及儀器分辨率的原因,并沒有觀察到清晰的Weyl點。我們在同樣6 K的溫度(CeAlGe局里溫度以上),21.2 eV的光子能量下測量了CeAlGe單晶k_x-k_y面的電子態(tài)分布。由于儀器的分辨率不高和樣品解理面不平的問題,我們未能測量到清晰度高的能帶和Weyl半金屬的費米弧表面態(tài)。
【圖文】：

因為其能帶圖磁性相變溫度前后的變化有著巨大的差異，表明它eyl 點十分的不穩(wěn)定，在實驗中很難觀測到。2011 年 A.A Burkov 提出在多層的拓撲絕緣體中摻雜磁性材料，將會使原本的 Dirac 點分裂成兩個手反的 Weyl 點，形成一個從普通絕緣體到拓撲絕緣體的中間相[31]。這為得性 Weyl 半金屬提供了思路，即將磁性引入 Dirac 系統(tǒng)，比如 TlBi(S1 xSex)3As2[33]和 Na3Bi[5]，因為這些材料是非磁性的，其能帶系統(tǒng)由時間反演對保護，加入磁性摻雜物可以打破其時間反演保護，得到 Weyl 半金屬，然實證明這個過程是復雜而且較難實現(xiàn)的，也很難在實驗中實現(xiàn)。根據(jù)費米面的形狀以及是否打破洛倫茲對稱性，，我們可以將 Weyl 半金為兩類，即第一類 (Type I) Weyl 半金屬和第二類 (Type II) Weyl 半金屬于第一類 Weyl 半金屬，其能帶在倒空間會呈現(xiàn)出三維的線性交叉形狀，在三個方向上能帶交叉的斜率相反，即一個正著擺放的沙漏形狀。交叉點的能帶在三個反向上的斜率符號相反，說明三個方向上的具有相反的費米。當束縛能為 0eV 時，其費米面上會呈現(xiàn)出孤立的點，如圖 1-1 (a)所示As 是第一個在實驗中被清晰的觀察到費米弧表面態(tài)的第一類 Weyl 半金且目前被發(fā)現(xiàn)的 Weyl 半金屬大都是 Type-I 類型的 Weyl 半金屬。

- 8 -) PrAlGe 不考慮 SOC 效應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)圖 (f) PrAlGe 考慮 SOC 的能帶結(jié)構(gòu)圖圖 1-4 RAlGe 單晶的理論計算的能帶結(jié)構(gòu)圖[12]3.4 Weyl 點在 RAlGe 的布里淵區(qū)的分布由于 LaAlGe、CeAlGe、PrAlGe 三種晶體結(jié)構(gòu)相同，其布里淵區(qū)的大小同，相對于 LaAlGe，CeAlGe 和 PrAlGe 相當于只是在沿著布里淵區(qū)內(nèi)的或者 c 軸加了一個磁場，所以我們先從未打破時間反演對稱性的 LaAlGe 描述。在不考慮 SOC 效應(yīng)時，導帶和價帶相互交叉并且在 kx= 0、ky= 0
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O782.4;O469

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本文編號：2600332