上個(gè)世紀(jì)80年代量子霍爾效應(yīng)及相應(yīng)各種新奇量子效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了拓?fù)淞孔硬牧涎芯康男聲r(shí)代。由于其奇異的物性和巨大的應(yīng)用前景成為凝聚態(tài)領(lǐng)域熱門(mén)的研究課題。而拓?fù)淞孔硬牧显诳蒲腥藛T的努力下不斷地發(fā)展繼而出現(xiàn)了多個(gè)分支。他們根據(jù)不同的能帶特征,可分為拓?fù)浣^緣體、Dirac半金屬、Weyl半金屬、拓?fù)涑瑢?dǎo)體和拓?fù)鋘odal line等。其中,Weyl半金屬材料作為一種具有時(shí)間或者空間反演對(duì)稱(chēng)性破缺的拓?fù)浒虢饘?具有豐富物性,如手性反常導(dǎo)致的負(fù)磁電阻、面內(nèi)霍爾效應(yīng)、非平庸的貝利相位和巨大的正磁電阻等。由于磁性Weyl半金屬材料具有更加豐富和優(yōu)異的性能,從而引起了人們的廣泛關(guān)注。Half-Heusler合金作為一種古老的高度有序化的合金材料,元素范圍分布廣泛,具有豐富的合金體系。由于其類(lèi)Hg Te的晶體結(jié)構(gòu),大量具有18價(jià)電子的無(wú)磁性Half-Heusler合金被預(yù)言為能隙未打開(kāi)的拓?fù)浣^緣體候選材料。在這些材料中發(fā)現(xiàn)了大磁電阻效應(yīng)、線(xiàn)性磁電阻、超導(dǎo)以及弱反局域效應(yīng)等。另外,具有磁性的half-Heusler合金被認(rèn)為是一種外場(chǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的Weyl半金屬材料,并在材料中觀察到了大的反�；魻栃�(yīng)以及手性反... 

【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

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HgTe/CdTe量子阱中的能帶

重稀土基half-Heusler合金的電子結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性質(zhì)研究2于這種拓?fù)浣^緣體態(tài)，2013年薛其坤院士團(tuán)隊(duì)在磁性元素?fù)诫s的Bi2Te3的薄膜中首次實(shí)現(xiàn)了量子反�；魻栃�(yīng)。圖1.1HgTe/CdTe量子阱中的能帶。（a）HgTe和CdTe在Γ點(diǎn)附近的體能帶。（b）在CdTe/HgTe量子阱中，當(dāng)d<dc時(shí)為正常能帶E1>H1，當(dāng)d>dc時(shí)形成翻轉(zhuǎn)的能帶E1<H1。圖中Γ8/H1為紅色，Γ6/E1為藍(lán)色。圖片來(lái)自文獻(xiàn)[4]。Figure1.1BulkbandsinHgTe/CdTequantumwell.(a)BulkbandofHgTeandCdTenearΓpoint.(b)CdTe/HgTequantumwellinthenormalregimeE1>H1withd<dcandintheinvertedregimeE1<H1withd>dc.RedandbluelinesrepresentΓ8/H1andΓ6/E1bands.Figurecomesfromreferece[4].圖1.2表面態(tài)。（a）-(d)Sb2Se3、Sb2Te3、Bi2Se3和Bi2Te3的能帶結(jié)構(gòu)和表面態(tài)。圖片來(lái)自文獻(xiàn)[7]。

第1章緒論3Figure1.2Surfacestates.(a)-(d)BulkbandsandsurfacestatesforSb2Se3,Sb2Te3,Bi2Se3andBi2Te3.Figurecomesfromreferece[7].1.1.2拓?fù)浒虢饘?928年，Dirac為了描述具有相對(duì)論效應(yīng)的電子態(tài)，提出了Dirac方程。次年，H.Weyl指出Dirac方程中無(wú)質(zhì)量解描述的是一對(duì)具有相反手性的新粒子，稱(chēng)之為Weyl費(fèi)米子。而無(wú)質(zhì)量的Dirac費(fèi)米子可以看作是兩個(gè)手性相反的Weyl費(fèi)米子的疊加。當(dāng)體系中同時(shí)存在時(shí)間反演和空間反演對(duì)稱(chēng)性時(shí)，一對(duì)手性相反的Weyl費(fèi)米子將會(huì)湮滅為狄拉克費(fèi)米子。相反的，空間反演和時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性任何一個(gè)被打破都會(huì)使得Dirac費(fèi)米子分裂成一對(duì)手性相反的Weyl費(fèi)米子。那么對(duì)于Dirac半金屬和Weyl半金屬與拓?fù)浣^緣體在能帶結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別呢？如前所述，拓?fù)浣^緣體中的導(dǎo)帶和價(jià)帶在強(qiáng)SOC作用下能帶翻轉(zhuǎn)并被完全打開(kāi)，在帶隙之間存在符合二維Dirac方程的表面態(tài)，如1.3（a）所示。而在拓?fù)浒虢饘僦校四軒ХD(zhuǎn)之外，帶隙并不會(huì)完全打開(kāi)而會(huì)出現(xiàn)一些離散的交叉點(diǎn)，如圖1.3（b）所示。交叉點(diǎn)附近能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出線(xiàn)性的色散關(guān)系，這樣的交叉點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)或者Dirac錐和Weyl錐。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)量和自旋簡(jiǎn)并度又可以將材料分為拓?fù)銬irac半金屬和拓?fù)鋀eyl半金屬。圖1.3拓?fù)浣^緣體、Dirac半金屬和Weyl半金屬的能帶特征。拓?fù)浣^緣體和拓?fù)浒虢饘僦械?


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