熱電效應(yīng)包括塞貝克（Seebeck）效應(yīng)和能斯特（Nernst）效應(yīng),能夠敏銳地反應(yīng)費(fèi)米面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息,在凝聚態(tài)科學(xué)領(lǐng)域被作為一個(gè)強(qiáng)有力的手段探測(cè)研究拓?fù)湎嘧�、量子相變、自旋激發(fā)和磁有序等奇異的物理現(xiàn)象。一個(gè)導(dǎo)體,如果其縱向的溫度梯度能夠產(chǎn)生一個(gè)縱向電壓,即為Seebeck效應(yīng);當(dāng)外加一個(gè)垂直溫度梯度方向的磁場(chǎng),導(dǎo)體的橫向產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng),這個(gè)現(xiàn)象被稱為Nernst效應(yīng)。人們已經(jīng)在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、半金屬以及鐵磁體中觀察到巨大的能斯特信號(hào),并以此探索體系的電子相變。特別是在鐵磁體系中,當(dāng)外磁場(chǎng)為零,體系也能表現(xiàn)出較大的能斯特信號(hào),這種現(xiàn)象被稱為反常能斯特效應(yīng)。在本論文中,我們通過(guò)輸運(yùn)測(cè)量（包括磁致熱電效應(yīng)）研究了兩種拓?fù)滂F磁半金屬材料:（1）重點(diǎn)研究了具有Kagome晶格的準(zhǔn)二維鐵磁Weyl半金屬Co₃Sn₂S₂中的反常量子輸運(yùn)性質(zhì),測(cè)量了其反常的霍爾效應(yīng)和反常能斯特效應(yīng);（2）研究了二維的鐵磁Nodal-line半金屬Fe_3-xGe Te₂體系在不同鐵空位下的反常霍爾效應(yīng)和反常能... 

【文章來(lái)源】：杭州師范大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四種典型材料的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

杭州師范大學(xué)碩士學(xué)位論文1前言2自由躍遷；絕緣體和半導(dǎo)體類似，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間都存有一定帶隙，不過(guò)絕緣體的帶隙要比半導(dǎo)體大很多；半（準(zhǔn)）金屬是一種導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂相互交疊的新奇材料，在費(fèi)米能級(jí)上沒(méi)有帶隙，因此，不需要受到激發(fā)，價(jià)帶頂部的電子會(huì)自動(dòng)躍遷至低能量的導(dǎo)帶底部。1.1拓?fù)浣^緣體和普通的絕緣體不同，拓?fù)浣^緣體的體態(tài)是具有能隙的絕緣態(tài)，表面態(tài)是無(wú)能隙的金屬態(tài)，這種特殊能帶結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生量子霍爾效應(yīng)(QHE)的天然平臺(tái)，在二維拓?fù)洳牧现�，�?qiáng)自旋軌道作用能夠打開(kāi)體態(tài)的能隙，而邊緣態(tài)上存在手性自旋流，受時(shí)間反演對(duì)稱性保護(hù)，這種現(xiàn)象被稱為量子自旋霍爾效應(yīng)(QSHE)。2005年，C.L.Kane等人[16]通過(guò)理論計(jì)算預(yù)言了二維石墨烯材料可以在低溫實(shí)驗(yàn)下由半金屬狀態(tài)演化成QSH絕緣體狀態(tài)。次年，張首晟教授通過(guò)和B.A.Bernevig等人[17]合作，理論預(yù)言了Hg/CdTe體系的量子阱實(shí)驗(yàn)中可以出現(xiàn)QSHE，并在隨后的實(shí)驗(yàn)上成功觀測(cè)到了這一現(xiàn)象[18]。圖1-2HgTe/CdTe量子阱實(shí)驗(yàn)[19](a)量子阱結(jié)構(gòu)；(b)量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)生的能帶反轉(zhuǎn)；(c)柵極電壓調(diào)節(jié)下的輸運(yùn)行為

杭州師范大學(xué)碩士學(xué)位論文1前言3Hg1-xCdxTe是一種具有強(qiáng)自旋軌道耦合(SOC)的半導(dǎo)體，且CdTe和HgTe有著“相反”的能帶結(jié)構(gòu)（圖1-2b），將HgTe和CdTe做成量子阱結(jié)構(gòu)，這樣就可以在兩種能帶結(jié)構(gòu)中進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)[19]（圖1-2a）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)HgTe層的厚度小于臨界值6.3納米時(shí)，量子阱中的束縛電子態(tài)與正常能帶的電子態(tài)一樣，當(dāng)其厚度大于6.3納米，量子阱中的能帶就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。隨著量子自旋霍爾效應(yīng)在大量的二維拓?fù)浣^緣體中被發(fā)現(xiàn)，人們開(kāi)始研究三維拓?fù)鋺B(tài)，自2005年開(kāi)始，C.L.Kane[16]、J.E.Moore[20]和R.Roy[21]研究組陸續(xù)提出了三維的拓?fù)涓拍睢Ｋ麄兪褂猛負(fù)洳蛔兞縕2來(lái)描述系統(tǒng)空間的拓?fù)湫再|(zhì)，通常使用四個(gè)Z2（一個(gè)強(qiáng)Z2不變量和三個(gè)弱Z2不變量）不變量描述三維拓?fù)鋺B(tài)，這種方式下的拓?fù)浣^緣體同時(shí)具有無(wú)能隙的表面態(tài)和絕緣的體態(tài)。對(duì)于其他受到強(qiáng)自旋軌道耦合作用下的二維材料和三維強(qiáng)拓?fù)浣^緣體材料，它們有著非常穩(wěn)健的體態(tài)，具有強(qiáng)的抗干擾特性[16]。(a)(b)圖1-3ARPES測(cè)得Bi0.9Sb0.1單晶的電子結(jié)構(gòu)[23](a)沿布里淵區(qū)空間中y方向；(b)沿z方向2007年，傅亮教授和C.L.Kane研究組率先通過(guò)理論計(jì)算預(yù)言合金B(yǎng)i1-xSbx、ɑ相的Sn單晶以及單軸應(yīng)力作用下的HgTe可能是三維拓?fù)浣^緣體(TIs)[22]。隨后，D.Heish研究組合成了第一個(gè)3D拓?fù)浣^緣體Bi0.9Sb0.1，并通過(guò)高分辨率的角分辨光電子能譜(ARPES)來(lái)測(cè)量材料的體布里淵區(qū)內(nèi)沿不同方向動(dòng)量空間的電子能帶色散關(guān)系[23]，如圖1-3(a-b)分別是沿y,z方向得到的測(cè)量結(jié)果，在距離費(fèi)米


本文編號(hào)：3214967