拓?fù)浞瞧接共牧弦约拌F磁半金屬的第一性原理研究
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【摘要】：拓?fù)淠蹜B(tài)物質(zhì)的研究是21世紀(jì)初凝聚態(tài)物理中最有活力的一個(gè)領(lǐng)域之一。從拓?fù)浣^緣體發(fā)現(xiàn)至今,拓?fù)涞母拍钌钊氲侥蹜B(tài)物理學(xué)的許多領(lǐng)域.推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。從拓?fù)浣^緣體到有機(jī)無機(jī)拓?fù)浣^緣體.拓?fù)涔庾訉W(xué).拓?fù)浒虢饘?以及拓?fù)涑瑢?dǎo)體,各個(gè)研究方向方興未艾.齊頭并進(jìn)。在第一章中,我們先對物理學(xué)中的對稱性做了一個(gè)簡要的介紹,并且由此引申至凝聚態(tài)物理中的對稱性和拓?fù)?簡單介紹了拓?fù)浣^緣體以及拓?fù)浒虢饘俚陌l(fā)展現(xiàn)狀。第二個(gè)大部分則主要介紹了在理論計(jì)算中我們所使用的方法和工具。對第一性原理方法密度泛函理論做了簡單的介紹。并在本章結(jié)束的時(shí)候介紹了一下主要使用的從頭計(jì)算軟件包VASP。在第二章中,我們主要利用密度泛函理論以及tight-binding (TB)方法來研究二維巖鹽結(jié)構(gòu)XBi(X=Sc,Y,La,Yb)化合物,有機(jī)無機(jī)(1,4-phenylene diisocyanide-貴金屬(Au,Ag, Cu))網(wǎng)格體系的拓?fù)湫再|(zhì)。通過加入自旋-軌道耦合(SOC)的體相能帶,拓?fù)溥吘墤B(tài)以及拓?fù)洳蛔兞縕2的計(jì)算,從而揭示出兩種體系的非平庸拓?fù)湫再|(zhì)。前者巖鹽結(jié)構(gòu)體系中存在較大的拓?fù)浞瞧接沟哪芟?為室溫拓?fù)浣^緣體的應(yīng)用提供了一種可行的方法。而后者則在實(shí)驗(yàn)上首次被合成出來,從而拓寬了二維拓?fù)浣^緣體家族。第三章,第一部分我們提出一種新的擁有非固有點(diǎn)群Dirac半金屬態(tài)的穩(wěn)定材料SnPbO3,并且通過元素替換的方法可將Dirac點(diǎn)調(diào)至費(fèi)米面處.為實(shí)驗(yàn)合成觀察提供了一種方案。并且通過拓?fù)鋃2不變量的計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)在替換元素體系中,隨著其中一個(gè)Dirac點(diǎn)的打開,特定的面比如Bi替換體系中(110)面是可以擁有非平庸拓?fù)浔砻鎽B(tài)的。該研究結(jié)果拓寬了非固有點(diǎn)群Dirac半金屬的物理特征。在第二部分中,我們預(yù)言了一族新?lián)碛型負(fù)銬irac半金屬態(tài)的XAuTe化合物材料。這種材料以前被為是拓?fù)浣^緣體,經(jīng)過我們的計(jì)算發(fā)現(xiàn)該體系擁有受拓?fù)浜蛯ΨQ性保護(hù)的四重簡并Dirac點(diǎn)。我們研究不僅澄清了人們對這種材料的認(rèn)識(shí),也擴(kuò)展了拓?fù)銬irac半金屬材料家族。并且在此基礎(chǔ)之上,我們構(gòu)建了擁有二型Weyl半金屬態(tài)的超晶格結(jié)構(gòu)。第四章,結(jié)合前一章節(jié)的理論計(jì)算,我們主要討論了Weyl拓?fù)浒虢饘俚念愋鸵约靶纬蓹C(jī)制。并且在KAuTe拓?fù)銬irac半金屬的基礎(chǔ)之上,我們構(gòu)建了擁有二型Weyl拓?fù)浒虢饘賾B(tài)的超晶格結(jié)構(gòu),為實(shí)驗(yàn)上觀測和研究該種Wey1拓?fù)浒虢饘偬峁┝死碚撚?jì)算方面的支撐。第五章,通過第一性原理計(jì)算方法,我們對一系列六角蜂窩狀有機(jī)物金屬網(wǎng)格(MOF)結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的研究.指出在這種結(jié)構(gòu)中存在新奇的鐵磁半金屬性質(zhì),并且擁有很高的居里轉(zhuǎn)變溫度，，其中在1,3,5-苯三氰基-Au與1,3,5-苯三氰基-Cu中可以實(shí)現(xiàn)常溫鐵磁半金屬態(tài)。通過詳細(xì)的研究其磁性中心起源，與鐵磁耦合機(jī)制.我們提出兩點(diǎn)材料設(shè)計(jì)原則：(a)金屬與有機(jī)分子強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移；(b)金屬與有機(jī)分子共價(jià)鍵結(jié)合。只要滿足這兩點(diǎn)且能形成穩(wěn)定的MOF網(wǎng)格,則就有可能實(shí)現(xiàn)鐵磁半金屬態(tài)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O469
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本文編號：1261244
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