Bi 4 Ni 6 S 4 中的Rarita-Schwinger-Weyl費(fèi)米子和spin-1激發(fā)
發(fā)布時(shí)間：2021-10-16 09:14
在晶體對稱的保護(hù)下,凝聚態(tài)系統(tǒng)中除了Dirac和Weyl費(fèi)米子外,還可能存在其他具有非零Berry曲率通量的無質(zhì)量費(fèi)米子。比如說三重簡并的自旋1激發(fā)和自旋為3/2的Rarita-Schwinger-Weyl費(fèi)米子。最近,拓?fù)淞孔踊瘜W(xué)理論為我們找到這些準(zhǔn)粒子提供了一種方便的方法。本文中,我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)空間群（第199號）,它可能在費(fèi)米能級附近同時(shí)具有自旋1激發(fā)和自旋3/2的Rarita-Schwinger-Weyl費(fèi)米子。利用基于密度泛函理論的從頭計(jì)算方法,并且考慮了自旋軌道耦合效應(yīng)（SOC）,我們預(yù)測上面提到的非常規(guī)準(zhǔn)粒子在屬于I213空間群（第199號）的Bi4Ni6S4材料中共存。它們的非平凡拓?fù)湫再|(zhì)導(dǎo)致了在（001）表面上,存在一些費(fèi)米弧連接著這些非常規(guī)準(zhǔn)粒子的投影。
【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：46 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
CdTe/HgTe二維量子阱體系能帶結(jié)構(gòu)示意圖。隨著中間層HgTe的厚度的變化,體系的能帶發(fā)生反轉(zhuǎn)。摘自文獻(xiàn)[4]。
接下來,人們把拓?fù)浣^緣體的概念拓展到三維體系中。2009年,同樣基于量子自旋霍爾效應(yīng),由斯坦福大學(xué)的張首晟等人和中科院物理研究所的方忠、戴希等人預(yù)測了第一類三維體系的拓?fù)浣^緣體:Bi2Se3族拓?fù)浣^緣體[5]。因?yàn)檫@一類拓?fù)浣^緣體的帶隙比較大,所以也很快被實(shí)驗(yàn)證實(shí),成為了研究拓?fù)浣^緣體的典型。圖1.2是Bi2Se3族材料的(111)表面的態(tài)密度圖,可以看出b,c,d圖都具有無能隙的表面態(tài),也就都是非平庸的拓?fù)浣^緣體。隨著對于拓?fù)浣^緣體的研究逐漸深入,人們還發(fā)現(xiàn)了一類表面Dirac錐受各種晶體對稱性保護(hù)的絕緣體,也就是拓?fù)渚w絕緣體[6]。正因?yàn)槿绱?我們可以說拓?fù)渚w絕緣體的拓?fù)湫再|(zhì)受到晶體對稱性的保護(hù)(當(dāng)然它們同樣滿足時(shí)間反演對稱性)。到現(xiàn)在為止,研究者們已經(jīng)完善了尋找或者預(yù)測各種拓?fù)浣^緣體的理論依據(jù)(也就是下文中提到的拓?fù)淞孔踊瘜W(xué)理論)[7],并且提出了高階拓?fù)浣^緣體的概念(n階拓?fù)浣^緣體在其余維數(shù)為n的邊界上有受保護(hù)的無帶隙模式)[8]。所以,人們已經(jīng)可以對拓?fù)浣^緣體做一個(gè)定義:三維拓?fù)浣^緣體(拓?fù)渚w絕緣體)是一種體態(tài)表現(xiàn)出絕緣性,但是具有受到時(shí)間反演對稱性(空間對稱性)保護(hù)的無能隙表面態(tài)的材料。
隨后,人們逐漸發(fā)現(xiàn)了一些受到對稱性保護(hù)的拓?fù)浒虢饘?其來源不僅限于自旋軌道耦合作用[26,27,28,29,30]。接著,近年來人們又對拓?fù)浒虢饘佼a(chǎn)生了新的思考:在晶體材料中,已經(jīng)證實(shí)了費(fèi)米能級附近存在的Weyl點(diǎn)或者Dirac點(diǎn)是一種拓?fù)湫缘哪軒Ы稽c(diǎn),能夠產(chǎn)生特殊的表面費(fèi)米弧。但是,因?yàn)閷?shí)空間中存在的費(fèi)米子受到龐加萊群對稱性的約束,所以我們才只能將費(fèi)米子分為三類,可是在晶體材料的動(dòng)量空間中,能帶交點(diǎn)產(chǎn)生的費(fèi)米子準(zhǔn)粒子受到的對稱性約束遠(yuǎn)小于高能物理中的情況,它們僅僅受到230種空間群對稱性的約束。所以,在晶體材料中一定存在著沒有實(shí)際粒子作為對應(yīng)的非常規(guī)的準(zhǔn)粒子[31],而經(jīng)過驗(yàn)證,這些準(zhǔn)粒子也能產(chǎn)生費(fèi)米弧。本文正是受此啟發(fā),研究了兩類圖1.3拓?fù)浣^緣體,拓?fù)浒虢饘俚耐負(fù)湫再|(zhì)來自于相似的能帶反轉(zhuǎn)過程。摘自文獻(xiàn)[25]。(a)對于拓?fù)浣^緣體,在能帶反轉(zhuǎn)后,自旋軌道耦合作用打開了體系的能隙,產(chǎn)生了拓?fù)浔砻鎽B(tài)。(b)對于拓?fù)浒虢饘?自旋軌道耦合作用并沒有完全打開能隙,而是留下了一些特殊的能帶交點(diǎn)。由于體能帶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其表面出現(xiàn)了費(fèi)米弧。在Dirac半金屬中,所有能帶都是二重簡并的,而時(shí)間反演對稱性和空間反轉(zhuǎn)對稱性破壞其一或者都破缺時(shí),一個(gè)Dirac點(diǎn)將會(huì)劈裂成一對Weyl點(diǎn)。3 本文的研究目的、方法和內(nèi)容
本文編號：3439537
【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：46 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
CdTe/HgTe二維量子阱體系能帶結(jié)構(gòu)示意圖。隨著中間層HgTe的厚度的變化,體系的能帶發(fā)生反轉(zhuǎn)。摘自文獻(xiàn)[4]。
接下來,人們把拓?fù)浣^緣體的概念拓展到三維體系中。2009年,同樣基于量子自旋霍爾效應(yīng),由斯坦福大學(xué)的張首晟等人和中科院物理研究所的方忠、戴希等人預(yù)測了第一類三維體系的拓?fù)浣^緣體:Bi2Se3族拓?fù)浣^緣體[5]。因?yàn)檫@一類拓?fù)浣^緣體的帶隙比較大,所以也很快被實(shí)驗(yàn)證實(shí),成為了研究拓?fù)浣^緣體的典型。圖1.2是Bi2Se3族材料的(111)表面的態(tài)密度圖,可以看出b,c,d圖都具有無能隙的表面態(tài),也就都是非平庸的拓?fù)浣^緣體。隨著對于拓?fù)浣^緣體的研究逐漸深入,人們還發(fā)現(xiàn)了一類表面Dirac錐受各種晶體對稱性保護(hù)的絕緣體,也就是拓?fù)渚w絕緣體[6]。正因?yàn)槿绱?我們可以說拓?fù)渚w絕緣體的拓?fù)湫再|(zhì)受到晶體對稱性的保護(hù)(當(dāng)然它們同樣滿足時(shí)間反演對稱性)。到現(xiàn)在為止,研究者們已經(jīng)完善了尋找或者預(yù)測各種拓?fù)浣^緣體的理論依據(jù)(也就是下文中提到的拓?fù)淞孔踊瘜W(xué)理論)[7],并且提出了高階拓?fù)浣^緣體的概念(n階拓?fù)浣^緣體在其余維數(shù)為n的邊界上有受保護(hù)的無帶隙模式)[8]。所以,人們已經(jīng)可以對拓?fù)浣^緣體做一個(gè)定義:三維拓?fù)浣^緣體(拓?fù)渚w絕緣體)是一種體態(tài)表現(xiàn)出絕緣性,但是具有受到時(shí)間反演對稱性(空間對稱性)保護(hù)的無能隙表面態(tài)的材料。
隨后,人們逐漸發(fā)現(xiàn)了一些受到對稱性保護(hù)的拓?fù)浒虢饘?其來源不僅限于自旋軌道耦合作用[26,27,28,29,30]。接著,近年來人們又對拓?fù)浒虢饘佼a(chǎn)生了新的思考:在晶體材料中,已經(jīng)證實(shí)了費(fèi)米能級附近存在的Weyl點(diǎn)或者Dirac點(diǎn)是一種拓?fù)湫缘哪軒Ы稽c(diǎn),能夠產(chǎn)生特殊的表面費(fèi)米弧。但是,因?yàn)閷?shí)空間中存在的費(fèi)米子受到龐加萊群對稱性的約束,所以我們才只能將費(fèi)米子分為三類,可是在晶體材料的動(dòng)量空間中,能帶交點(diǎn)產(chǎn)生的費(fèi)米子準(zhǔn)粒子受到的對稱性約束遠(yuǎn)小于高能物理中的情況,它們僅僅受到230種空間群對稱性的約束。所以,在晶體材料中一定存在著沒有實(shí)際粒子作為對應(yīng)的非常規(guī)的準(zhǔn)粒子[31],而經(jīng)過驗(yàn)證,這些準(zhǔn)粒子也能產(chǎn)生費(fèi)米弧。本文正是受此啟發(fā),研究了兩類圖1.3拓?fù)浣^緣體,拓?fù)浒虢饘俚耐負(fù)湫再|(zhì)來自于相似的能帶反轉(zhuǎn)過程。摘自文獻(xiàn)[25]。(a)對于拓?fù)浣^緣體,在能帶反轉(zhuǎn)后,自旋軌道耦合作用打開了體系的能隙,產(chǎn)生了拓?fù)浔砻鎽B(tài)。(b)對于拓?fù)浒虢饘?自旋軌道耦合作用并沒有完全打開能隙,而是留下了一些特殊的能帶交點(diǎn)。由于體能帶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其表面出現(xiàn)了費(fèi)米弧。在Dirac半金屬中,所有能帶都是二重簡并的,而時(shí)間反演對稱性和空間反轉(zhuǎn)對稱性破壞其一或者都破缺時(shí),一個(gè)Dirac點(diǎn)將會(huì)劈裂成一對Weyl點(diǎn)。3 本文的研究目的、方法和內(nèi)容
本文編號：3439537
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