繼拓撲絕緣體之后,凝聚態(tài)物理中拓撲能帶理論的發(fā)展促使了拓撲半金屬的出現(xiàn)。拓撲半金屬體系中包含多樣的新型拓撲費米子,對拓撲電子學的研究具有重要意義。此外,拓撲半金屬豐富的材料體系以及能帶結(jié)構(gòu)也為更多新奇物理效應(yīng)的研究帶來了新的機遇。本文主要對拓撲半金屬材料的電學輸運特性進行探索。主要內(nèi)容如下:1、首先介紹了拓撲半金屬的基本物理性質(zhì)、二維材料的基本性質(zhì)以及層狀拓撲半金屬材料的研究概況。并對本文實驗中所采用的器件制備工藝以及輸運測量方法進行了介紹。2、對空穴導電的狄拉克半金屬Cd3As2中的電學輸運性質(zhì)進行了研究。實驗發(fā)現(xiàn)弱空穴型Cd3As2在加磁場后變溫曲線上具有絕緣體-金屬-絕緣體兩次相變過程。理論分析表明,兩次金屬絕緣體相變過程均與狄拉克點密切相關(guān)。低溫絕緣相的出現(xiàn)由狄拉克型能帶朗道量子化后引起的電子局域所導致,高溫絕緣相由狄拉克點附近缺陷態(tài)的熱激發(fā)導致。3、實驗研究了新型二類外爾半金屬WTe2中的各向異性手性反常效應(yīng)。WTe2是首個被理論預(yù)言的二類外爾半金屬,其二類外爾特性受到了廣泛的關(guān)注。各向異性手性反常效應(yīng)是二類外爾點最主要的輸運特性,實驗上我們通過制作不同晶向的薄膜器件對WTe... 

【文章來源】：南京大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２狄拉克半金與其他拓撲態(tài)的關(guān)系（ａ）狄拉克半金屬可以向多種拓撲態(tài)轉(zhuǎn)變；（ｂ）??

外爾點的拓撲保護特性使得貝利曲率積分后Ｘ不為零，而且兩個不同手性的外爾??費米子Ｘ的符號是相反的。由于貝利曲率可以看作倒空間中的“磁場”，不同手性??的外爾點則可以看作倒空間的“磁單極子”，其物理圖像如圖１．３ｂ。此外，外爾半??金屬具有連接體帶外爾點的不閉合表面態(tài)，稱為費米弧。同時費米弧具有自旋和??動量鎖定的特征，上下表面的費米弧自旋動量鎖定相反，如圖１．３ａ。不閉合的費??５??

究的基礎(chǔ)上，２０１５年翁紅明等人［４４］預(yù)言破壞空間反演對稱性的非磁性材料ＴａＡｓ??家族屬于Ｗｅｙｌ半金屬材料，同年，實驗上利用ＡＲＰＥＳ觀測到了?ＴａＡｓ的Ｗｅｙｌ??半金屬特性［５，４５］（不閉合的費米弧和Ｗｅｙｌ點，如圖１．４），隨后，大量的實驗和??理論工作迅速開展，越來越多的Ｗｅｙｌ半金屬材料被相繼發(fā)現(xiàn)，如ＴａＰ［４６］，?ＮｂＰ??等［４７］。??（ａ〉（ｂ）?Ｆｅｒｍｉ?ａｒｃｓ?（ｃ〉??Ｗｅｖｌ?Ｆｅｒｍｉｏｎｓ???．?ＴＫ?－〇．２?－??－６．１?０．０?０．１?－０．２?０?０．２??々ｖ?（入’??圖１．４ＴａＡｓ中的費米弧和表面態(tài)特征（ａ）?ＴａＡｓ的晶格結(jié)構(gòu)；（ｂ）?ＡＲＰＥＳ觀測到的ＴａＡｓ??中的費米弧；（ｃ）?ＡＲＰＥＳ觀測到的ＴａＡｓ中的兩個手性相反的外爾點。圖片取自文獻??［４５］。??１．１．４?第二類拓撲半金屬??隨著狄拉克和外爾半金屬的出現(xiàn)，理論預(yù)言在凝聚態(tài)物理中準粒子的激發(fā)可??以實現(xiàn)打破洛倫茲協(xié)變性的新型拓撲費米子，稱為第二類外爾／狄拉克費米子，??對應(yīng)的材料稱為第二類外爾／狄拉克半金屬。由于打破洛倫茲協(xié)變性，這類費米??子在高能物理中是不能存在的。在ＴａＡｓ、Ｎａ３Ｂｉ、Ｃｄ３Ａｓ２等材料中，狄拉克或外??爾點出現(xiàn)在導帶和價帶的交點（稱為一類拓撲半金屬）。但是在二類拓撲半金屬??中，這些狄拉克／外爾點出現(xiàn)在能帶中電子和空穴口袋邊界的交點，交點附近能??帶嚴重傾斜，導致很強的能帶各向異性，如圖１．５。??６??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Non-Stoichiometry Effects on the Extreme Magnetoresistance in Weyl Semimetal WTe2[J]. 龔吉祥,楊軍,葛敏,王永建,梁丹丹,駱磊,嚴秀,甄偉立,翁士瑞,皮靂,張昌錦,朱文卡.  Chinese Physics Letters. 2018(09)
[2]Topological nodal line semimetals[J]. 方辰,翁紅明,戴希,方忠.  Chinese Physics B. 2016(11)



本文編號：3532045