二維薄膜材料是近年來凝聚態(tài)物理領域關注的熱點。隨著材料制備技術的發(fā)展,許多二維薄膜材料被陸續(xù)制備出來,比如石墨烯、硅烯和硼烯等。這些材料中既有絕緣體,也有半導體、半金屬和金屬,它們可以廣泛的應用到材料、微電子、生物等領域。同時,材料的拓撲性質是凝聚態(tài)物理的另一研究熱點,半金屬和金屬由于具有豐富的拓撲相更是引起了大家的廣泛關注。在拓撲半金屬和金屬中,其能帶通過相交可以形成狄拉克點、三重簡并點、節(jié)點線（Nodal line）和節(jié)點環(huán)（Nodal ring）等拓撲相,并受到不同種類的對稱性保護。當材料的對稱性破缺時,它的能帶會產(chǎn)生有趣的拓撲相變。雖然一些二維薄膜材料也具有拓撲性質,但是由于維度的限制,與三維材料相比,它們的拓撲相種類較少。在本論文中,為了拓展二維薄膜材料的應用范圍,發(fā)現(xiàn)新的拓撲相,我們通過堆垛二維薄膜的方式尋找三維拓撲材料,并對其拓撲性質進行研究。本論文分成五章:第一章,本章介紹了二維薄膜材料的主要成員,以及使用二維材料構造三維材料的方法。同時,介紹了拓撲理論的發(fā)展、拓撲半金屬和金屬的主要拓撲相。最后,介紹了該論文的研究意義和內(nèi)容安排。第二章,本章介紹了密度泛函理論,緊束縛近... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：50 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）石墨烯的超胞結構，單胞的晶格向量用紅色箭頭標識

?Ｍ?ｒ??圖１．１?（ａ）石墨烯的超胞結構，單胞的晶格向量用紅色箭頭標識。石墨烯有兩種邊??界：扶手椅型邊界（ａｒｍｃｈａｉｒ）和鋸齒形邊界（ｚｉｇｚａｇ）。（ｂ）石墨燦的三維能帶圖。??（ｃ）石墨烯的能帶圖。??石墨烯的結構與碳原子軌道有重要關聯(lián)［４］。因為碳原子的一個ｓ軌道和兩??個ｐ軌道之間可以形成ｓｐ２雜化，所以碳原子之間形成了三個〇鍵，也使石墨烯??形成了穩(wěn)定結構。余下的ｐｚＷ道垂直于石墨烯平面，使臨近碳原子之間形成了??Ｔｔ鍵。又因為碳原子的每個ｐ軌道上都應該有一個額外的電子，所以碳原子會??貢獻出一個電子給ｐｚ軌道，使石墨稀里的ｉｔ鍵是半填滿的（ｈａｌｆ?ｆｉｌｌｅｄ）。此??夕卜，石墨烯的低能導帶和價帶在費米能級上形成一個錐形交點，因為這種能帶??結構可以用狄拉克方程來描述，所以該交點也稱為狄拉克點。石墨烯的能帶結??構說明，無質量狄拉克費米子存在于石墨烯中，并形成了許多新穎的物理性??質

其他晶格結構也可以構成二維薄膜材料。硼元素是繼碳元素之后，另一個??具有多種二維薄膜材料的元素［１（）］。依據(jù)晶格結構的不同，我們可以將它們分為??三角晶格５６硼烯、六角晶格５３硼烯、三角和六角組合的ｏ／（３／Ｙ／Ｘ硼烯等，并用硼??原子的配位數(shù)（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ?ｎｕｍｂｅｒ）來區(qū)分不同的類型。其中，因為ａ硼：丨希的??每個原子具有最大的形成能，所以是最穩(wěn)定性的結構。ａ硼烯具有５或６的配??位數(shù)，硼原子只能形成五鍵或六鍵，這使得結構中的六邊形是互不相鄰的。ａ??硼烯也分為平整和起伏結構，它們分別被稱為ａ硼烯和ａ１硼烯。在它們的聲子??譜中，平整的ａ硼烯是有虛頻的，這顯示了它受到平面外的彎曲震動。ａ硼烯??需要取消這個虛頻，必須將它的六鍵硼原子遠離原子平面，形成有起伏的薄膜??結構，所以ａ硼烯可以變成能量更低的ａ１硼烯。此外，ａ硼烯的結構非常接近??于硼的一種足球烯結構Ｂｓ（，，這也類似于石墨烯和富勒烯的關系。??ａ硼烯的能帶結構也是受人關注的焦點。ａ硼烯和ａ＇硼烯的能帶都呈現(xiàn)了??金屬性，并且一部分能帶在費米能級上形成了類似狄拉克點的交點。在費米能??級附近，因為ａ硼烯和ａ１硼烯的ｐｚ軌道對能帶起到了主要貢獻，所以緊束縛模??


本文編號：3351523