上世紀(jì)八十年代量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)掀起了凝聚態(tài)物理研究的新熱潮。尋找和研究新的量子態(tài)成為了凝聚態(tài)物理研究的重要方向。隨著對(duì)整數(shù)以及分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的不斷研究,研究者們最終通過引入數(shù)學(xué)上拓?fù)涞母拍顚?duì)這個(gè)新的量子態(tài)進(jìn)行了解釋。隨后,人們?cè)噲D尋找在零場(chǎng)下具有量子霍爾效應(yīng)特性的量子態(tài)。緊接著,通過理論計(jì)算、新材料制備以及各種測(cè)試手段證實(shí)存在這種類似于量子霍爾效應(yīng)的新量子態(tài),即拓?fù)浣^緣體態(tài)。對(duì)拓?fù)浣^緣體的研究使得人們認(rèn)識(shí)到除了已有的物態(tài)分類標(biāo)準(zhǔn)之外,拓?fù)涫且粋�(gè)可以對(duì)量子態(tài)分類的新標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用拓?fù)洳蛔兞靠梢詫⒉牧戏譃橥負(fù)淦接购头瞧接沟牟牧希ㄍ負(fù)洳牧希�。到目前為�?拓?fù)洳牧习?拓?fù)浣^緣體、拓?fù)浒虢饘僖约巴負(fù)涑瑢?dǎo)體。這些拓?fù)洳牧弦蚱渫負(fù)浔Ｗo(hù)的非平庸的能帶結(jié)構(gòu)通常具有一些奇異的物理特性。例如,手性反常導(dǎo)致的負(fù)磁阻效應(yīng)、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下的電阻率上翹行為、極大磁電阻行為、拓?fù)浞瞧接沟腂erry相位、高的載流子遷移率、非常規(guī)的超導(dǎo)配對(duì)等。對(duì)這些材料的深入研究將有助于新型電子器件的發(fā)展,特別是有助于自旋電子器件和量子計(jì)算器件的研究和開發(fā)。在本論文中,我們分別系統(tǒng)的研究了ZrTe低溫下的電學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)、各種金屬薄膜... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：108 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

所示為理論計(jì)算的石墨烯中量子自旋霍爾絕緣體的邊緣態(tài)以及其Figure1.2Theedgestateandbandstructureofthegraphene.(a)TheinterfacebetweenanordinaryinsulatorandaquantumspinHallinsulator.(b)Thebandstructureofthegraphene,upanddownspinsoftheedgestatemoveinoppositedirections[6]

第1章緒論7表面沒有能隙的電子能帶結(jié)構(gòu)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明塊體絕緣體的表面態(tài)是導(dǎo)電的并且證實(shí)了理論結(jié)果。這是從實(shí)驗(yàn)上首次證實(shí)三維拓?fù)浣^緣體的存在。在2009年，普林斯頓的Hasan[22]研究組采用角分辨光電子能譜在Bi2Se3單晶樣品中觀察到了近乎理想的表面狄拉克錐。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)上的觀測(cè)結(jié)果是與理論計(jì)算的結(jié)果完全吻合的。證實(shí)了這個(gè)拓?fù)浞瞧接沟牧孔討B(tài)的存在。由于Bi2Se3樣品中大的能隙以及簡(jiǎn)單的表面能帶結(jié)構(gòu)使得角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴^察到清楚的表面態(tài)，同時(shí)也為研究其他奇異量子現(xiàn)象提供了可能。1.3拓?fù)浒虢饘俳?jīng)過數(shù)年對(duì)拓?fù)浣^緣體的大量研究，人們得知拓?fù)洳蛔兞渴嵌x在封閉曲面上的，例如晶格動(dòng)量空間。由于金屬的能帶結(jié)構(gòu)組成中有未被完全填充的部分，因而不能在整個(gè)晶格動(dòng)量空間形成閉合的曲面。但是根據(jù)能帶的填充規(guī)則可知費(fèi)米面總是閉合的。因此，可以類似的定義拓?fù)洳蛔兞縼?lái)標(biāo)識(shí)金屬態(tài)。拓?fù)浒虢饘賵D1.5Bi2Se3表面電子態(tài)能帶色散。（a）和（b）分別為Bi2Se3中沿Γ-Μ和Γ-K方向表面電子態(tài)能帶的色散[22]。Figure1.5ThesurfaceelectronicbanddispersionofBi2Se3.ElectronbanddispersionneartheΓpointalongtheΓ-Μ(a)andΓ-K(b)obtainedwithhigh-resolutionARPESmeasurements[22].

第1章緒論9理論計(jì)算預(yù)言Dirac半金屬態(tài)可以在具有簡(jiǎn)單化學(xué)計(jì)量比的六角相二元化合物A3Bi(A=Na,K,Rb)[26]中實(shí)現(xiàn)。圖1.7（a）和（b）分別為第一性原理計(jì)算的Na3Bi的能帶結(jié)構(gòu)。隨后，他們又預(yù)言Cd3As2[27]也具有Dirac半金屬態(tài)。圖1.7（c）和（d）分別為第一性原理計(jì)算的Cd3As2的能帶結(jié)構(gòu)。在2014年，陳宇林[28]等人通過角分辨光電子能譜在Na3Bi上觀察到了具有線性色散關(guān)系的Dirac費(fèi)米子。在2015年，Hasan[29]等人同樣采用角分辨光電子能譜在Na3Bi的表面上觀察到了自旋極化的費(fèi)米弧表面態(tài)。圖1.7Na3Bi和Cd3As2的能帶結(jié)構(gòu)。（a）和（b）為在不考慮和考慮自旋軌道耦合情況下Na3Bi的能帶結(jié)構(gòu)[26]。（c）和（d）為兩種不同空間群的Cd3As2的能帶結(jié)構(gòu)[27]。Figure1.7ThebandstructuresofNa3BiandCd3As2.ThebandstructuresofNa3Biwithout(a)andwith(b)spin–orbitcoupling,respectively[26].(c)and(d)ThebandstructuresofCd3As2withspacegroupofP42/nmcandI41cd[27].


本文編號(hào)：3053753