本文關鍵詞：角分辨光電子能譜在拓撲材料研究中的應用

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【摘要】：近年來由于在固體材料中發(fā)現(xiàn)了高能物理中預言的狄拉克費米子、外爾費米子以及馬約拉納費米子,使得拓撲材料成為物理學家關注的一個非常重要的熱點。這個方向在理論和實驗上都得到空前的成功。在高能物理中,由于洛倫茲不變性以及龐加萊群的限制,只有三種可以存在的基本費米子 狄拉克費米子、外爾費米子以及馬約拉納費米子。然而在固體晶體中可以有230種空間群,其中對稱性豐富多彩相當于230個固體“宇宙”,這使得晶體中可以存在更加豐富的準粒子費米子,而每一種準粒子費米子都可以用一種拓撲概念來定義,這也使得凝聚態(tài)拓撲領域成為研究基礎物理的一個重要方向。每一種拓撲材料體系都可以用一種拓撲不變量來定義其拓撲性質。拓撲非平庸材料是體態(tài)含有非零拓撲不變量的奇異態(tài),在其和真空相連接的表面上經(jīng)常出現(xiàn)特殊表面態(tài)來過渡。這些獨特的性質都使拓撲領在凝聚態(tài)物理中與眾不同。此外,拓撲方向也是凝聚態(tài)物理中少有的理論和實驗幾乎能完美符合的領域。拓撲材料主要可以分為拓撲絕緣體、拓撲/金屬半金屬以及拓撲超導體。而在拓撲材料的研究中,角分辨光電子能譜儀(ARPES)占據(jù)著不可替代的作用。該論文首先介紹了ARPES的基本原理以及實驗設備的組成部分。然后詳細的介紹通過使用ARPES手段對各種拓撲材料進行科學研究。通過系統(tǒng)的研究,我們在灰砷中發(fā)現(xiàn)非平庸的Rashba表面態(tài),在ZrTe5表面臺階中發(fā)現(xiàn)了大能隙拓撲邊緣態(tài),首次在KHgSb材料中發(fā)現(xiàn)了沙漏費米子,此外還在WC中觀測到了三重簡并的位于狄拉克和外爾費米子之間的奇異新型費米子等等。我們的研究為在固體材料中發(fā)現(xiàn)新奇費米子屬性提供了一手資料,也進一步促進了ARPES在新型拓撲領域的應用與發(fā)展。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O469

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