【摘要】：半金屬材料及拓撲材料的研究是21世紀初凝聚態(tài)物理中非常有活力的研究領(lǐng)域,它們都在自旋電子學領(lǐng)域中扮演著重要的角色。自從1983年deGroot研究小組在理論上預(yù)言了NiMnSb的半金屬性以來,越來越多的研究者把注意力放在了半金屬材料的研究上。而拓撲材料的研究更是活躍,從第一個拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)至今,拓撲的概念深入到凝聚態(tài)物理學的許多領(lǐng)域,推動了物理學的發(fā)展。從二維拓撲絕緣體到三維拓撲絕緣體,再到有機無機拓撲絕緣體,拓撲光子學,拓撲半金屬,以及拓撲超導體,各個研究方向齊頭并進。第二章,主要介紹了密度泛函理論和拓撲能帶理論。密度泛函理論是一個非常廣泛應(yīng)用的量子力學方法,主要用來對具體材料的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的計算。本文所有的計算都是基于第一性原理方法,即密度泛函理論。此外也介紹了能帶拓撲理論,和通過能帶的計算得到材料拓撲性質(zhì)的方法。第三章,主要是用第一性原理方法研究CsCl結(jié)構(gòu)的RbS和KS化合物的半金屬性質(zhì)。通過計算化合物總能量與晶格常量的關(guān)系,確定了RbS的平衡晶格常量是4.02(?),KS的平衡晶格常量是3.84(?)。通過化合物的體能帶圖和體態(tài)密度圖分析,發(fā)現(xiàn)RbS和KS都具有半金屬性質(zhì)。并且原胞磁矩都為整數(shù)1μB。RbS的能帶帶隙為4.287eV,KS的能帶帶隙為4.395eV。大的能帶帶隙保證了化合物在室溫環(huán)境下,還能保持半金屬性質(zhì)。所以,RbS和KS在室溫下可能還保持半金屬性。由于在實際應(yīng)用的時候,材料都是以薄膜的形式應(yīng)用,所以最后還研究了這兩個化合物的(111)表面的性質(zhì),發(fā)現(xiàn)這兩個化合物以(111)面切出的薄膜同樣具有半金屬性。第四章,我們基于第一性原理研究了Sr_2XMoO6(X=Ge,Si)的電子結(jié)構(gòu)和熱力學性質(zhì)。分別用了LSDA方法和LSDA+U方法計算。計算結(jié)果表明,用LSDA方法計算時,Sr_2GeMoO6就已經(jīng)是一個半金屬鐵磁體,Sr_2SiMoO_6是一個普通鐵磁體。用LSDA+U方法計算時,它們兩個都是半金屬鐵磁體,總磁矩都是2μB。最后用準諧Debye模型計算了它們的體彈模量、等體熱容量、Debye溫度以及熱膨脹系數(shù)等熱力學量。進而對該材料有進一步的認識。第五章,我們用第一性原理計算預(yù)言了化合物Bi_2OSe_2是一個三維強拓撲絕緣體。由于強的自旋軌道耦合效應(yīng),能帶在Γ點有一個能級反轉(zhuǎn),并且?guī)洞笮?.126eV。最后為了進一步驗證化合物的拓撲性質(zhì),我們計算了它的表面態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)在表面�！涓浇�,存在一個Dirac錐。第六章,同樣基于第一性原理計算,預(yù)言了非中心對稱化合物NbIrTe4是一個Weyl半金屬。在不考慮自旋軌道耦合的情況下,就已經(jīng)在布里淵區(qū)kz=0的平面存在8個Weyl點,手性相反的兩個Weyl點的距離由能級反轉(zhuǎn)的程度決定。當考慮了自旋軌道耦合效應(yīng)時,在整個布里淵區(qū)會存在16個Weyl點。實際上這16個Weyl點中只有3個不可約的Weyl點,其中2個不可約的Weyl點屬于Type-IIWeyl點。最后還計算了(001)面的表面態(tài)密度,并發(fā)現(xiàn)了費米弧。第七章,總結(jié)了現(xiàn)在的工作并展望了今后的工作。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O469

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本文編號：2462056