幾類典型層狀硫?qū)倩衔锔邏何镄匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-07-03 14:52
【摘要】：層狀硫?qū)倩衔锸且粋�(gè)體系龐大的家族,由于其獨(dú)特的晶格和能帶結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出豐富的奇異物性,一直以來是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域廣泛研究的材料。當(dāng)其硫族元素與不同族元素結(jié)合時(shí),可以形成不同的晶格結(jié)構(gòu),從而衍生出不同的物理性質(zhì)。其中,M2X3(M=Bi,Sb;X=Se,Te)是研究最為廣泛的3D拓?fù)浣^緣體材料。與傳統(tǒng)絕緣體不同,拓?fù)浣^緣體擁有絕緣的體態(tài)和受拓?fù)浔Ｗo(hù)的金屬表面態(tài),表現(xiàn)出一些奇異的量子效應(yīng),如弱反局域化效應(yīng)、量子自旋霍爾效應(yīng)等等。除拓?fù)浣^緣體外,金屬也可以擁有拓?fù)湫再|(zhì),即拓?fù)浒虢饘�。其�?2D MX2(M=Pt,Pd;X=Se,Te)體系是最近新發(fā)現(xiàn)的第二類Dirac拓?fù)浒虢饘俨牧�。與第一類Dirac半金屬不同,第二類Dirac半金屬具有傾斜的Dirac錐,表現(xiàn)出奇異的物理性質(zhì),如沿特定方向的負(fù)磁阻效應(yīng)、極大的電子遷移率等。除了 3D和2D材料外,三硫?qū)倩衔颩X3(M=Ti,Zr,Nb,Ta;X=S,Se,Te)體系表現(xiàn)出準(zhǔn)1D的鏈狀結(jié)構(gòu)。由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu),MX3在光吸收、遷移率和熱電性質(zhì)上都表現(xiàn)出明顯的各向異性。以上材料擁有的奇特性質(zhì)都使得層狀硫?qū)倩衔镌诠怆娖骷鞲衅�、量子�?jì)算等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。壓力作為一個(gè)基本的熱力學(xué)參量,可以有效的調(diào)節(jié)物質(zhì)的晶格常數(shù)和電子態(tài)。層狀硫?qū)倩衔镌诟邏合驴梢哉T導(dǎo)出許多新奇的物理現(xiàn)象,如超導(dǎo)電性,電子拓?fù)湎嘧兗敖Y(jié)構(gòu)相變等。這些高壓下的物性研究有助于我們進(jìn)一步理解這個(gè)體系的奇異性質(zhì)的物理起源。在此,我們利用高壓電輸運(yùn),高壓同步輻射,高壓拉曼,結(jié)合第一性原理計(jì)算等手段研究了幾類典型的層狀硫?qū)倩衔锊牧�。本文一共分五�?具體內(nèi)容如下:第一章、我們簡(jiǎn)要介紹了高壓技術(shù)的發(fā)展歷程,拓?fù)潆娮硬牧系南嚓P(guān)基礎(chǔ)概念以及MX3體系的高壓研究進(jìn)展;第二章、Sn摻雜的Bi1.1Sb0.9Te2S(Sn-BSTS)壓力誘導(dǎo)拓?fù)浣^緣體到金屬轉(zhuǎn)變和超導(dǎo)電性。由于表面態(tài)的Dirac點(diǎn)能級(jí)與體態(tài)的價(jià)帶和導(dǎo)帶完全分離,這使得拓?fù)浣^緣體Sn-BSTS是一個(gè)研究拓?fù)浔砻鎽B(tài)和體態(tài)電子本征性質(zhì)的理想平臺(tái)。我們結(jié)合高壓輸運(yùn),拉曼散射和同步輻射X射線衍射手段對(duì)單晶Sn-BSTS 進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試。隨著壓力的增加,表面態(tài)幾乎不隨壓力變化;而體態(tài)的電導(dǎo)逐漸增加,能隙迅速減小并在PC=9GPa處完全閉合。此外,拉曼頻率壓力系數(shù)的折點(diǎn)和c/a最小值也在PC處同時(shí)出現(xiàn)。我們認(rèn)為這些結(jié)構(gòu)和拉曼上的異常與體態(tài)的金屬化有關(guān)。在更高的壓力,超導(dǎo)電性的出現(xiàn)和TC的減小都與連續(xù)的結(jié)構(gòu)相變有關(guān),這與輝碲鉍礦型的拓?fù)浣^緣體中觀測(cè)到的異常類似;此外,我們觀測(cè)到的最高TC～12 K也是這個(gè)拓?fù)浣^緣體家族中的最高值;第三章、第二類Dirac半金屬PtSe2壓力效應(yīng)研究。最近,理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)都表明過渡金屬二硫化物PtSe2為第二類Dirac半金屬材料。我們利用高壓下的電輸運(yùn)和拉曼測(cè)試手段對(duì)PtSe2單晶進(jìn)行了研究,最高壓力為42.3 GPa。盡管在拉曼上沒有看到任何結(jié)構(gòu)相變的跡象,但是在Pc=22GPa處,Eg拉曼模式的壓力系數(shù)出現(xiàn)突然的增加。與此同時(shí),通過對(duì)不同壓力下1.8-100 K電阻數(shù)據(jù)進(jìn)行冪指數(shù)公式R(T)=R0+ATn的擬合,我們發(fā)現(xiàn)PtSe2的導(dǎo)電行為在PC處發(fā)生非費(fèi)米液體-費(fèi)米液體行為的轉(zhuǎn)變。此外,R5K/R250K隨壓力增加逐漸增大,在PC以上逐漸飽和。我們認(rèn)為PC處拉曼和電阻上的異常與壓力誘導(dǎo)的拓?fù)鋺B(tài)的消失有關(guān);第四章、TiS3中壓力誘導(dǎo)絕緣態(tài)的異常增強(qiáng)和等結(jié)構(gòu)相變。常壓下,TiS3為準(zhǔn)一維鏈狀結(jié)構(gòu)的直接帶隙(Eg～1.0 eV)半導(dǎo)體材料。結(jié)合高壓電輸運(yùn)、高壓同步輻射及第一性原理計(jì)算,我們對(duì)TiS3進(jìn)行了高壓電學(xué)和結(jié)構(gòu)的研究,最高壓力為39.0 GPa。隨著壓力的增加,TiS3的導(dǎo)電行為變得越來越絕緣化,在PC1～12 GPa處達(dá)到最大值。與此同時(shí),晶格常數(shù)比率在PC1處出現(xiàn)極值。伴隨繼續(xù)加壓,電阻值急劇下降但仍然保持半導(dǎo)體的導(dǎo)電行為。在更高壓力PC2～22 GPa,XRD數(shù)據(jù)表明體系發(fā)生了結(jié)構(gòu)相變,且金屬化伴隨出現(xiàn)。根據(jù)第一性原理計(jì)算,此結(jié)構(gòu)相變?yōu)榈冉Y(jié)構(gòu)型的相變,主要與沿a軸方向的懸掛S2原子對(duì)的重新排列有關(guān);第五章、全文總結(jié)及展望。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O469
【圖文】：
逡逑圖１．１標(biāo)準(zhǔn)四平行法搭電極示意圖逡逑（ａ）邐—ｄ邐Ｐｔ邋—邋Ａ邐ｆ逡逑＝＼＿＾３—邋ＣＢＮ邋—－Ｘｇ逡逑邐／邐—邋Ｒｅ逡逑—邐Ｓａｍｐｌｅ＾邐、逡逑Ｒ＿邋￡邋＂邋＼逡逑圖１．２范德堡法測(cè)試電極排布示意圖逡逑１．１．２高壓同步輻射測(cè)試逡逑物質(zhì)在高壓下會(huì)發(fā)生形變，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)的改變。逡逑例如，物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固體，或者從一種構(gòu)型的固體轉(zhuǎn)變成另外一種。通常逡逑情況下，物質(zhì)在高壓下體積會(huì)逐漸減小，而其配位數(shù)卻相應(yīng)的增加。對(duì)于晶體逡逑來說，壓力的增加可以導(dǎo)致晶格內(nèi)部原子的周期性排布的改變，在一特定的壓逡逑力下晶體可以轉(zhuǎn)變成另一個(gè)能量更低的狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)相變的發(fā)生。Ｘ射線光學(xué)逡逑技術(shù)與同步輻射光源結(jié)合后提供了更高能量的射線，可以探測(cè)更小尺度樣品的逡逑精細(xì)結(jié)構(gòu)。從上世紀(jì)７０年代以后，這項(xiàng)技術(shù)得到的蓬勃的發(fā)展，其Ｘ射線的逡逑尺度逐漸縮小
—邐Ｓａｍｐｌｅ＾邐、逡逑Ｒ＿邋￡邋＂邋＼逡逑圖１．２范德堡法測(cè)試電極排布示意圖逡逑１．１．２高壓同步輻射測(cè)試逡逑物質(zhì)在高壓下會(huì)發(fā)生形變，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)的改變。逡逑例如，物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固體，或者從一種構(gòu)型的固體轉(zhuǎn)變成另外一種。通常逡逑情況下，物質(zhì)在高壓下體積會(huì)逐漸減小，而其配位數(shù)卻相應(yīng)的增加。對(duì)于晶體逡逑來說，壓力的增加可以導(dǎo)致晶格內(nèi)部原子的周期性排布的改變，在一特定的壓逡逑力下晶體可以轉(zhuǎn)變成另一個(gè)能量更低的狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)相變的發(fā)生。Ｘ射線光學(xué)逡逑技術(shù)與同步輻射光源結(jié)合后提供了更高能量的射線，可以探測(cè)更小尺度樣品的逡逑精細(xì)結(jié)構(gòu)。從上世紀(jì)７０年代以后，這項(xiàng)技術(shù)得到的蓬勃的發(fā)展，其Ｘ射線的逡逑尺度逐漸縮小 【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：2739809
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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1 王哲明;;甲酸鹽的變溫結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)相變[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第13分會(huì)：晶體工程[C];2014年
2 劉波;劉然;劉冰冰;;相同尺寸、不同形貌CeO_2納米晶體的高壓結(jié)構(gòu)相變研究:靜水性的重要影響[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
3 何運(yùn)鴻;譚大勇;肖萬生;;尖晶石型鍺鈷氧化物的高壓結(jié)構(gòu)相變研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
4 鄭艷彬;陶強(qiáng);馬帥領(lǐng);王洪亮;韋鑫;王欣;崔田;朱品文;;室溫下小尺寸洋蔥碳的高壓結(jié)構(gòu)相變[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
5 張宇航;李巖;馬艷梅;李欲偉;李光輝;邵學(xué)成;王暉;崔田欣;朱品文;;Ag_2Te的高壓行為研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
6 吳剛;黃曉麗;黃艷萍;李鑫;劉明坤;崔田;;非靜水壓條件下XeF_2的高壓結(jié)構(gòu)相變[A];第十四屆全國(guó)物理力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
7 張華芳;李全軍;劉冰冰;;高壓下二氧化釩的結(jié)構(gòu)相變以及金屬化研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
8 谷雨時(shí);劉浩;趙晨;吳寶嘉;;高壓下InAs的電運(yùn)輸性質(zhì)研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
9 吳剛;黃曉麗;黃艷萍;李鑫;劉明坤;崔田;;XeF_2的高壓結(jié)構(gòu)相變研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年
10 于華民;郭星原;劉瑩;許大鵬;;微區(qū)Raman光譜在TiO_2高壓結(jié)構(gòu)相變研究中的應(yīng)用[A];第十四屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年
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1 本報(bào)記者 任爽;破解結(jié)構(gòu)謎團(tuán) 推動(dòng)學(xué)科發(fā)展[N];吉林日?qǐng)?bào);2016年
2 張晨;“基礎(chǔ)學(xué)科畢業(yè)生須有一種堅(jiān)持”[N];新華日?qǐng)?bào);2009年
相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條
1 安超;幾類典型層狀硫?qū)倩衔锔邏何镄匝芯縖D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年
2 張林;延性材料沖擊響應(yīng)：動(dòng)態(tài)損傷與斷裂、結(jié)構(gòu)相變的新模型[D];中國(guó)工程物理研究院;2005年
3 張莉;MgO-FeO和Fe-Ni-S體系的高溫高壓研究及其地球物理意義[D];西南交通大學(xué);2006年
4 張驍驊;低維納米材料力學(xué)及熱學(xué)性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年
5 葉翔;納米體系結(jié)構(gòu)相變及物性的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];復(fù)旦大學(xué);2007年
6 楊凱鋒;硫族元素硒和碲的高壓物性研究[D];吉林大學(xué);2008年
7 張?chǎng)?高壓下半導(dǎo)體不同導(dǎo)電機(jī)制的研究[D];吉林大學(xué);2017年
8 陳長(zhǎng)波;高壓下幾種典型氫化物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究[D];吉林大學(xué);2014年
9 劉廣韜;高壓下典型二元化合物結(jié)構(gòu)和相變的實(shí)驗(yàn)和理論研究[D];吉林大學(xué);2015年
10 唐瑞蓮;釩酸鹽MV_2O_6的制備及其高壓物性研究[D];吉林大學(xué);2014年
相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條
1 王軍國(guó);石英界面處液態(tài)水的沖擊結(jié)構(gòu)相變[D];西南交通大學(xué);2012年
2 李全一;二氧化碳的高壓結(jié)構(gòu)相變理論研究[D];遼寧大學(xué);2013年
3 李文輝;1T’-MoTe_2結(jié)構(gòu)相變的紅外光學(xué)研究[D];鄭州大學(xué);2017年
4 許可;高壓下NbSe_2及NaNbO_3/NaTaO_3的結(jié)構(gòu)相變研究[D];吉林大學(xué);2016年
5 梁少微;CaB_6高壓下的電輸運(yùn)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)相變[D];吉林大學(xué);2008年
6 曾琪峰;碘和氨在高壓下結(jié)構(gòu)相變的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2009年
7 李巖;CaB_4及Bi_2Sr_2CoO_（6+x）高壓下的電輸運(yùn)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)相變[D];吉林大學(xué);2009年
8 金元俊;壓力下122系鐵基超導(dǎo)體的第一性原理研究[D];華南理工大學(xué);2015年
9 曲釗宏;Y_2C_3高壓結(jié)構(gòu)相變的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2012年
10 曹平;電場(chǎng)對(duì)高壓下受限水結(jié)構(gòu)相變影響的研究[D];南京師范大學(xué);2016年
本文編號(hào)：2739809
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