燒綠石晶格作為具有三維阻挫現(xiàn)象的特殊晶格,其磁性和電子結(jié)構(gòu)中的平帶等性質(zhì)都有了較多的研究。從自旋阻挫中的自旋玻璃、自旋液體和自旋冰,到軌道阻挫中的平帶、維格納晶格和簡(jiǎn)并能級(jí),都表明燒綠石晶格具有非常有趣的物理性質(zhì)。但是,到目前為止,所有被作為研究對(duì)象的具有燒綠石晶格特點(diǎn)的材料都是稀土金屬氧化物（A₂B₂O₆O’）。稀土元素占據(jù)著燒綠石格點(diǎn),但氧原子對(duì)該類結(jié)構(gòu)的性質(zhì)有重要影響,從而不能揭示出燒綠石晶格的本質(zhì)特性。本文以PL-B4和PL-B8兩種硼單質(zhì)的燒綠石結(jié)構(gòu)為例,研究了燒綠石晶格的熱輸運(yùn)和拓?fù)湫再|(zhì),旨在探索純凈的燒綠石晶格中潛藏的物理現(xiàn)象。本次論文總共分為五章。第一章分別介紹了幾何阻挫和燒綠石晶格的研究現(xiàn)狀,以及硼結(jié)構(gòu)的同素異形體及其發(fā)展。第二章我們介紹了緊束縛模型、k·p微擾理論、密度泛函理論以及玻爾茲曼輸運(yùn)方程。第三章我們通過提出的兩種燒綠石硼結(jié)構(gòu),通過對(duì)稱性和聲子色散特點(diǎn)的分析,發(fā)現(xiàn)PL-B4中的準(zhǔn)平帶對(duì)聲子輸運(yùn)中的三聲子散射過程發(fā)生起到促進(jìn)作用。由于平帶的出現(xiàn),平帶上的聲子作為散射來源,使散射過程只需要考慮能量... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)在四方晶格中沒有阻挫的反鐵磁系統(tǒng)，每一個(gè)自旋都與相鄰的格點(diǎn)相反

制了簡(jiǎn)單、有序的低溫自旋結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。通常，幾何受挫會(huì)導(dǎo)致退化的基態(tài)流形，而不是單一的穩(wěn)定基態(tài)配置，從而導(dǎo)致液體和冰的磁性類似物。所以，即使是輕微的擾動(dòng)也會(huì)引起阻挫系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并促使出現(xiàn)其他異常現(xiàn)象，甚至包括人工電動(dòng)力學(xué)的典型，其中受挫的磁體充當(dāng)新型磁激勵(lì)的“醚”。近些年來，阻挫概念逐步得到發(fā)展，也不斷有科學(xué)工作者投入到晶格的理論研究中去，具有阻挫現(xiàn)象的晶格也陸陸續(xù)續(xù)被他們發(fā)現(xiàn)，從二維到三維，從三角到四方，每一個(gè)地方都潛藏著阻挫的機(jī)理，只是有些現(xiàn)象已經(jīng)被其他擾動(dòng)掩蓋掉了。如圖1.2所示，為目前研究最熱的幾種阻挫晶格，(a)呼吸kagome晶格[7]，(b)kagome晶格[8,9]，(c)lieb晶格[10]，(d)coloring-triangle晶格[11]，(e)燒綠石晶格[12-14]，(f)鈣鈦礦晶格[15]。從圖中我們不難看出，coloring-triangle晶格就是呼吸kagome晶格的一種變形，它們都擁有一個(gè)完美的三角形單元，但這些單元彼此相連的外部環(huán)境卻無法與內(nèi)部環(huán)境等同，盡管這違背了阻挫系統(tǒng)宏觀上的條件，但是這樣的晶格的每個(gè)格點(diǎn)依舊可能等效，這樣的結(jié)果就是仍能保留一部分的物理特征。此外燒綠石晶格和鈣鈦礦晶格分別是kagome晶格和lieb晶格的三維形式，燒綠石晶格的(111)和鈣鈦礦的(100)切面分別是他們的二維形式。由于維度的增加，將導(dǎo)致更高的自由度選擇，這為更復(fù)雜的阻挫機(jī)理帶來了條件。圖1.2典型的幾何阻挫構(gòu)型。(a)呼吸kagome晶格[16]；(b)kagome晶格[6]；(c)lieb晶格；(d)CT晶格[11]；(e)燒綠石晶格；(f)鈣鈦礦晶格[15]。Kagome晶格鐵磁體提供了一種理想的系統(tǒng)，可在其中研究平坦的拓?fù)浯拍?

模式，但是，它出現(xiàn)在最高能帶上。Kagome鐵磁體中的局部自旋波如圖1.3a所示，顯示了圍繞kagome晶格六邊形的激發(fā)。通過阻挫的跳躍幅度，該激發(fā)與晶格的其余部分解耦到相鄰的頂點(diǎn)。圖1.3b顯示了在kagome晶格上最鄰近的Heisenberg模型的自旋波激發(fā)光譜的色散，其中一個(gè)在頂部注意到是一個(gè)完美平帶，它對(duì)應(yīng)于局部激發(fā)。人們還看到，中間能帶是有色散的，并且在二次接觸點(diǎn)與平帶相交。有趣的是，這些接觸點(diǎn)受實(shí)際空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的保護(hù)，在這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，其他交互項(xiàng)只有在消除了頂部帶的完美平坦度的情況下，才可能出現(xiàn)帶隙。圖1.3Kagome晶格鐵磁體中的自旋波激發(fā)[8]。(a)由kagome晶格支持的局部自旋波激發(fā)。由于kagome的幾何形狀，激發(fā)的(紅色)自旋與晶格的其余部分解耦，因?yàn)橄噜徎鶓B(tài)(黑色)自旋的旋轉(zhuǎn)不會(huì)降低自旋結(jié)構(gòu)的總能量。虛線表示激發(fā)的自旋旋進(jìn)路徑。(b)Kagome晶格鐵磁體的自旋波色散，它由兩個(gè)色散模和一個(gè)完美的平坦模組成，對(duì)應(yīng)于(a)中所示的局部激發(fā)。箭頭表示沿(-K2K0)的相鄰頻段之間的觸摸點(diǎn)位置。Kagome晶格不僅在磁領(lǐng)域取得了很可觀的成果，而且在軌道上也獲得了一些進(jìn)展。2014年Chen[19]等人對(duì)kagome晶格中的軌道阻挫現(xiàn)象進(jìn)行了具體的分析與討論，他們提出軌道作為同樣具有矢量特征的量(定義軌道的虛部指向?qū)嵅?，體系中一定存在著阻挫機(jī)制。通過群論的對(duì)稱性分析，對(duì)kagome晶格每個(gè)格點(diǎn)上的軌道波函數(shù)進(jìn)行配置推導(dǎo)，最后發(fā)現(xiàn)三種p軌道中都會(huì)存在阻挫現(xiàn)象，并給出了其中一種軌道波函數(shù)的阻挫配置，包括一個(gè)單態(tài)和兩個(gè)簡(jiǎn)并態(tài)，如圖1.4d-f所示。為驗(yàn)證這一結(jié)果，他們還提出了碳kagome晶格結(jié)構(gòu)(CKL)進(jìn)行驗(yàn)證，不論是從能帶演變還是軌道波函數(shù)計(jì)算，都很好的證明了軌道阻挫的存在，這個(gè)工作被刊登在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種新型二維材料:硼烯[J]. 程鵬,陳嵐,吳克輝.  物理. 2017(04)



本文編號(hào)：3378793