過(guò)渡金屬磷族化合物的拓?fù)湮镄匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-06-24 18:34
【摘要】：自20世紀(jì)八十年代在二維電子氣中發(fā)現(xiàn)整數(shù)量子霍爾效應(yīng)以來(lái),經(jīng)過(guò)三十幾年的理論和實(shí)驗(yàn)發(fā)展,固體材料中的拓?fù)湮镄猿蔀榱诵碌难芯壳把?并且先后發(fā)現(xiàn)并證實(shí)二維和三維的拓?fù)浣^緣體、狄拉克半金屬、外爾半金屬和拓?fù)涑瑢?dǎo)體等一系列拓?fù)洳牧稀＿@其中,磷族化合物因?yàn)槠浞浅４蟮拇烹娮栊?yīng)而引起廣泛的關(guān)注,再結(jié)合理論計(jì)算后發(fā)現(xiàn),很多磷族化合物都具有非平庸的拓?fù)湫再|(zhì)。結(jié)合過(guò)渡金屬本身具有豐富的物性,我們研究并發(fā)現(xiàn)了在過(guò)渡金屬磷族化合物中的幾種拓?fù)浞瞧接沟陌虢饘俨牧螹Pn2(M=Nb,Ta;Pn=As,Sb)和W2As3。此外,NbAs2在高壓下出現(xiàn)了超導(dǎo)電性,這為我們研究不同拓?fù)湎嘀g的轉(zhuǎn)變提供了很好的例子,也為我們尋找拓?fù)涑瑢?dǎo)體提供了一些思路。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果主要如下:(1)拓?fù)浒虢饘費(fèi)Pn2(M = Nb,Ta;Pn = As,Sb)的電子空穴補(bǔ)償程度不同,擁有不同的輸運(yùn)性質(zhì)。理論計(jì)算結(jié)果表明這個(gè)體系的拓?fù)洳蛔冎笖?shù)Z2=[0;111],具有弱拓?fù)浣^緣體性質(zhì)。磁電阻測(cè)量顯示,這三種材料都具有較大的磁阻。在1.5 K和15 T的情況下,NbAs2和TaAs2的磁阻可達(dá)到2000多,而TaSb2的磁阻可以達(dá)到17000以上。我們發(fā)現(xiàn)TaSb2的磁阻隨磁場(chǎng)變化具有接近2次方關(guān)系,表明其電子空穴補(bǔ)償效果非常好。這也可從霍爾電阻上得到證實(shí),NbAs2TaAs2的霍爾電阻在低場(chǎng)和高場(chǎng)下都表現(xiàn)出狎顯的非線(xiàn)性行為。根據(jù)兩能帶理論,完美補(bǔ)償下的霍爾電阻隨磁場(chǎng)呈線(xiàn)性關(guān)系。TaSb2雖然在高場(chǎng)下隨磁場(chǎng)表現(xiàn)出非線(xiàn)性行為,但是低場(chǎng)下的線(xiàn)性行為較好。此外,TaSb2的能斯特信號(hào)隨磁場(chǎng)也表現(xiàn)出比前兩者更完美的線(xiàn)性行為,這些都進(jìn)一步說(shuō)明了TaSb2的電子空穴補(bǔ)償較前兩者完美。根據(jù)隨角度變化的量子振蕩測(cè)量和第一性原理計(jì)算結(jié)果,我們研究了MPn2的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息。另外,當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)平行時(shí),我們?cè)谶@三個(gè)體材料中測(cè)到了低場(chǎng)電阻上翹及負(fù)磁阻效應(yīng),我們認(rèn)為低場(chǎng)下的電阻上翹是反弱局域化引起的,不是因?yàn)殡妶?chǎng)和磁場(chǎng)的不平行所帶來(lái)的巨磁阻引起的。有理論計(jì)算表明,磁場(chǎng)會(huì)誘導(dǎo)MPn2中產(chǎn)生外爾點(diǎn),這可能可以用來(lái)解釋在這個(gè)中心對(duì)稱(chēng)體系的負(fù)磁阻效應(yīng)。(2)我們發(fā)現(xiàn)了NbAs2在高壓下的超導(dǎo)電性。通過(guò)高壓同步輻射X光衍射和拉曼實(shí)驗(yàn),超導(dǎo)的出現(xiàn)并不會(huì)伴隨著結(jié)構(gòu)相變,直到29.8 GPa。有趣地是,拉曼數(shù)據(jù)上顯示,在10 GPa以上時(shí)聲子頻率會(huì)變大和加寬,而這個(gè)壓力下剛好是超導(dǎo)出現(xiàn)的區(qū)域。通過(guò)第一性原理計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)在壓力下的費(fèi)米面會(huì)穩(wěn)定變化,態(tài)密度會(huì)逐漸增加,但是并沒(méi)有破壞電子空穴補(bǔ)償。值得注意的是,NbAs2的空穴費(fèi)米面包圍了一個(gè)時(shí)間反演不變點(diǎn),根據(jù)傅亮的理論,這表明NbAs2在高壓下有可能是拓?fù)涑瑢?dǎo)體。(3)我們發(fā)現(xiàn)了新的拓?fù)洳牧蟇2As3,理論計(jì)算表明這也是一個(gè)擁有非平庸性質(zhì)的半金屬,其Z2為[1;111],具有強(qiáng)的拓?fù)浣^緣體性質(zhì)。在3 K和15 T時(shí),MR可達(dá)11500%,并且呈現(xiàn)出較好的電子空穴補(bǔ)償效應(yīng)。在60T的脈沖強(qiáng)場(chǎng)下,我們可以明顯地測(cè)到量子振蕩。根據(jù)快速傅里葉變換分析得,在磁場(chǎng)平行于(200)方向,我們測(cè)到了九個(gè)本征頻率,其中在Fh3,Fh4和Fh5具有一個(gè)非平庸π的貝里相。這么多本征頻和非線(xiàn)性的霍爾電阻以及能帶計(jì)算結(jié)果都表明這個(gè)體系是個(gè)多帶系統(tǒng)。因此,我們用簡(jiǎn)單的兩能帶模型描述其電導(dǎo)行為,并用所得的參數(shù)擬合溫度依賴(lài)的實(shí)驗(yàn)霍爾系數(shù)。擬合結(jié)果顯示,兩能帶模型的擬合效果非常好,并且計(jì)算得到的霍爾系數(shù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的霍爾系數(shù)一致。這些結(jié)果都說(shuō)明我們的兩能帶模型擬合結(jié)果較為可靠。本文最后還簡(jiǎn)單介紹了博士期間的其他研究工作,主要有兩個(gè):(1)外爾半金屬NbAs和NbP中負(fù)磁阻效應(yīng):本征的手性異常和非本征效應(yīng)。(2)Nodal-line半金屬HfSiS中多個(gè)費(fèi)米口袋的磁阻行為。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O469
【圖文】：
首先我們介紹拓?fù)涞囊恍└拍罨蛘邎D像。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，用于描述幾何形逡逑態(tài)學(xué)，即主要研究的是在平滑的變化下哪些特征是不變的。用一個(gè)比較形象的例子來(lái)說(shuō)逡逑明，如圖１．１，左邊的三葉結(jié)和右邊的圓環(huán)對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)溆行驊B(tài)，分別具有不同的拓?fù)溴义喜蛔兞�。三葉結(jié)是不可能通過(guò)扭轉(zhuǎn)變成普通的圓環(huán)，反之亦然。我們將拓?fù)涞母拍钜氲藉义衔锢韺W(xué)中。凝聚態(tài)物理中，材料的電子結(jié)構(gòu)是描述材料性質(zhì)的重要方面。而電子結(jié)構(gòu)在動(dòng)逡逑量空間會(huì)形成幾何形狀的費(fèi)米面。這樣就可以將數(shù)學(xué)上描述幾何形態(tài)學(xué)的拓?fù)涓拍钣玫藉义衔锢碇胁牧想娮咏Y(jié)構(gòu)上。我們用不同有序態(tài)進(jìn)行對(duì)比，例如，三葉結(jié)對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體，普逡逑通圓環(huán)對(duì)應(yīng)普通絕緣體，同樣他們對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)洳蛔兞�。因此我們要想�?shí)現(xiàn)在兩個(gè)態(tài)逡逑之間的轉(zhuǎn)換，只有通過(guò)剪斷其中一個(gè)然后重新組合才能實(shí)現(xiàn)。其中圖１．１中間這個(gè)過(guò)度態(tài)逡逑則對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體的表面金屬態(tài)�？梢�(jiàn)，拓?fù)鋺B(tài)之間的轉(zhuǎn)變反映拓?fù)洳蛔兞康淖兓�，像逡逑圖１．１中的變化一樣。如果用陳數(shù)（Ｃｈｅｒｎｍｉｍｂｅｒ）來(lái)表示拓?fù)湫再|(zhì)，二維布里淵區(qū)的貝里逡逑曲率（Ｂｅｒｒｙ邋ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）可以改寫(xiě)成用球面（Ｓ）積分［７］：逡逑Ｊ邋Ｑ（ｋ）邋？邋ｄＳ邋＝邋２ｎＺ
１邋緒論逡逑RG0逡逑圖１．１邐（ａ）關(guān)于拓?fù)鋺B(tài)之間轉(zhuǎn)變的簡(jiǎn)單描述。最左邊的環(huán)很難通過(guò)連續(xù)的變化變成最右邊的環(huán)。逡逑這可以類(lèi)比拓?fù)湫蛑g的轉(zhuǎn)變，即拓?fù)湫蛑g的轉(zhuǎn)變需要中間態(tài)（邊界態(tài)）［５］。逡逑１．１拓?fù)浣^緣體逡逑首先我們介紹拓?fù)涞囊恍└拍罨蛘邎D像。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，用于描述幾何形逡逑態(tài)學(xué)，即主要研究的是在平滑的變化下哪些特征是不變的。用一個(gè)比較形象的例子來(lái)說(shuō)逡逑明，如圖１．１，左邊的三葉結(jié)和右邊的圓環(huán)對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)溆行驊B(tài)，分別具有不同的拓?fù)溴义喜蛔兞�。三葉結(jié)是不可能通過(guò)扭轉(zhuǎn)變成普通的圓環(huán)，反之亦然。我們將拓?fù)涞母拍钜氲藉义衔锢韺W(xué)中。凝聚態(tài)物理中，材料的電子結(jié)構(gòu)是描述材料性質(zhì)的重要方面。而電子結(jié)構(gòu)在動(dòng)逡逑量空間會(huì)形成幾何形狀的費(fèi)米面。這樣就可以將數(shù)學(xué)上描述幾何形態(tài)學(xué)的拓?fù)涓拍钣玫藉义衔锢碇胁牧想娮咏Y(jié)構(gòu)上。我們用不同有序態(tài)進(jìn)行對(duì)比，例如，三葉結(jié)對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體，普逡逑通圓環(huán)對(duì)應(yīng)普通絕緣體 【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：2728214
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O469
【圖文】：
首先我們介紹拓?fù)涞囊恍└拍罨蛘邎D像。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，用于描述幾何形逡逑態(tài)學(xué)，即主要研究的是在平滑的變化下哪些特征是不變的。用一個(gè)比較形象的例子來(lái)說(shuō)逡逑明，如圖１．１，左邊的三葉結(jié)和右邊的圓環(huán)對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)溆行驊B(tài)，分別具有不同的拓?fù)溴义喜蛔兞�。三葉結(jié)是不可能通過(guò)扭轉(zhuǎn)變成普通的圓環(huán)，反之亦然。我們將拓?fù)涞母拍钜氲藉义衔锢韺W(xué)中。凝聚態(tài)物理中，材料的電子結(jié)構(gòu)是描述材料性質(zhì)的重要方面。而電子結(jié)構(gòu)在動(dòng)逡逑量空間會(huì)形成幾何形狀的費(fèi)米面。這樣就可以將數(shù)學(xué)上描述幾何形態(tài)學(xué)的拓?fù)涓拍钣玫藉义衔锢碇胁牧想娮咏Y(jié)構(gòu)上。我們用不同有序態(tài)進(jìn)行對(duì)比，例如，三葉結(jié)對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體，普逡逑通圓環(huán)對(duì)應(yīng)普通絕緣體，同樣他們對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)洳蛔兞�。因此我們要想�?shí)現(xiàn)在兩個(gè)態(tài)逡逑之間的轉(zhuǎn)換，只有通過(guò)剪斷其中一個(gè)然后重新組合才能實(shí)現(xiàn)。其中圖１．１中間這個(gè)過(guò)度態(tài)逡逑則對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體的表面金屬態(tài)�？梢�(jiàn)，拓?fù)鋺B(tài)之間的轉(zhuǎn)變反映拓?fù)洳蛔兞康淖兓�，像逡逑圖１．１中的變化一樣。如果用陳數(shù)（Ｃｈｅｒｎｍｉｍｂｅｒ）來(lái)表示拓?fù)湫再|(zhì)，二維布里淵區(qū)的貝里逡逑曲率（Ｂｅｒｒｙ邋ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）可以改寫(xiě)成用球面（Ｓ）積分［７］：逡逑Ｊ邋Ｑ（ｋ）邋？邋ｄＳ邋＝邋２ｎＺ
１邋緒論逡逑RG0逡逑圖１．１邐（ａ）關(guān)于拓?fù)鋺B(tài)之間轉(zhuǎn)變的簡(jiǎn)單描述。最左邊的環(huán)很難通過(guò)連續(xù)的變化變成最右邊的環(huán)。逡逑這可以類(lèi)比拓?fù)湫蛑g的轉(zhuǎn)變，即拓?fù)湫蛑g的轉(zhuǎn)變需要中間態(tài)（邊界態(tài)）［５］。逡逑１．１拓?fù)浣^緣體逡逑首先我們介紹拓?fù)涞囊恍└拍罨蛘邎D像。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，用于描述幾何形逡逑態(tài)學(xué)，即主要研究的是在平滑的變化下哪些特征是不變的。用一個(gè)比較形象的例子來(lái)說(shuō)逡逑明，如圖１．１，左邊的三葉結(jié)和右邊的圓環(huán)對(duì)應(yīng)不同的拓?fù)溆行驊B(tài)，分別具有不同的拓?fù)溴义喜蛔兞�。三葉結(jié)是不可能通過(guò)扭轉(zhuǎn)變成普通的圓環(huán)，反之亦然。我們將拓?fù)涞母拍钜氲藉义衔锢韺W(xué)中。凝聚態(tài)物理中，材料的電子結(jié)構(gòu)是描述材料性質(zhì)的重要方面。而電子結(jié)構(gòu)在動(dòng)逡逑量空間會(huì)形成幾何形狀的費(fèi)米面。這樣就可以將數(shù)學(xué)上描述幾何形態(tài)學(xué)的拓?fù)涓拍钣玫藉义衔锢碇胁牧想娮咏Y(jié)構(gòu)上。我們用不同有序態(tài)進(jìn)行對(duì)比，例如，三葉結(jié)對(duì)應(yīng)拓?fù)浣^緣體，普逡逑通圓環(huán)對(duì)應(yīng)普通絕緣體
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