發(fā)布時間：2021-02-15 12:21

　　拓撲半金屬是繼拓撲絕緣體之后備受關(guān)注的新型拓撲材料。根據(jù)費米面中包裹的磁單極子,拓撲半金屬可分為狄拉克半金屬、外爾半金屬、節(jié)線半金屬和三重簡并半金屬等。中國科學(xué)院物理研究所的方忠、戴希和翁紅明等人先后在理論上預(yù)言Na3Bi和Cd3As2是狄拉克半金屬。隨后在2014年,實驗上觀測到Na3Bi和Cd3As2存在拓撲狄拉克半金屬態(tài),是世界上首次發(fā)現(xiàn)拓撲狄拉克半金屬。盡管拓撲半金屬只有不到十年的發(fā)展,但由于其豐富的物理現(xiàn)象和潛在的應(yīng)用價值,已經(jīng)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最熱門的研究方向之一。發(fā)現(xiàn)和認識新型拓撲半金屬材料對進一步完善凝聚態(tài)物理理論體系具有重要意義。本文以拓撲半金屬Nb3SiTe6、SrAs3和α-As為研究對象,通過系統(tǒng)的電磁輸運性質(zhì)測量,研究材料的電子結(jié)構(gòu)和費米面拓撲性質(zhì),在實驗上給出能帶拓撲非平庸的證據(jù)。具體的研究內(nèi)容和結(jié)果概括如下:（1）利用機械剝離的方法從層狀三元化合物Nb3SiTe6塊材中剝離出納米薄片樣品,通過電子束曝光制作成器件進行電輸運測量。在磁場最高到33T的條件下,詳細研究了 Nb3SiTe6納米片的磁阻和霍爾電阻。觀測到隨角度變化明顯的各向異性不飽和準線性磁阻,并且... 

【文章來源】： 安琳琳 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１手性不同的費米子

?第１章?緒論???為類似磁單極子［４４］。圖１－２展示了典型的能帶結(jié)構(gòu)以及費米面和磁單極的拓撲??關(guān)系。??＾ｓ＾ｅ?Ｐ?／?＼?／＼??〇?〇〇??Ｎｏｒｍａｌ?ｍｅｔａｌ?ＷＳＭ??圖１－２普通金屬和外爾半金屬的能帶結(jié)構(gòu)及費米面形狀（費米能級稍微偏離節(jié)點）示??意圖。摘自［４４］。??２０１１年南京大學(xué)萬賢剛提出磁性燒綠石結(jié)構(gòu)的銥氧化物中可能存在外爾半??金屬態(tài)ｗ。同一年，北京物理所方忠研宄組預(yù)言鐵磁性的ＨｇＣ：ｒ２Ｓｅ４是外爾半金??屬［４６］。由于磁性材料中磁疇的存在干擾費米面測量，導(dǎo)致這些理論預(yù)言未能在實??驗上被證實。直到最近幾年，研究人員發(fā)現(xiàn)在凝聚態(tài)系統(tǒng)中外爾半金屬的低能準??粒子激發(fā)表現(xiàn)出了外爾費米子的主要特征。隨著外爾半金屬和狄拉克半金屬的發(fā)??現(xiàn)，有關(guān)外爾費米子的研宄不斷取得新的突破。２０１５年非磁性非中心對稱的??ＴａＡｓ家族被翁紅明等人預(yù)言為外爾半金屬。隨后研宄人員在ＴａＡｓ中觀測到了??表面費米�。郏矗罚撸矗梗�、狄拉克錐形能帶結(jié)構(gòu)［５°］以及手性負磁阻效應(yīng)［５１］等，ＴａＡｓ家族??成為首例在實驗上實現(xiàn)的外爾半金屬材料。??１．１．２狄拉克半金屬??正如前面所講能帶反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生拓撲相的關(guān)鍵因素。與原子極限相比，拓撲絕??緣體的價帶（同時具有時間反演對稱性）出現(xiàn)在導(dǎo)帶之上能隙再次打開。重新打??開的能隙是由自旋軌道相互作用導(dǎo)致的。具體的說這導(dǎo)帶和價帶的交叉導(dǎo)致在布??４??

?第１章?緒論???里淵區(qū)的離散點發(fā)生簡并。然而，由于自旋軌道相互作用這些能帶變成雜化的，??導(dǎo)致簡并解除和一個反向帶隙完全打開。但如果體系存在額外對稱性情況會有所??不同。理論預(yù)測［５２］在一個同時滿足時間反演對稱性和空間反演對稱性的強自旋軌??道相互作用材料中如果存在額外的晶體對稱性（例如晶體旋轉(zhuǎn)對稱性），除去沿??對稱軸的特殊位置自旋軌道耦合會在導(dǎo)帶和價帶的接觸點打開能隙。體態(tài)的導(dǎo)帶??和價帶的簡并在這些特殊動量點受拓撲保護，導(dǎo)致三維狄拉克費米子在材料中出??現(xiàn)。他們的導(dǎo)帶和價帶發(fā)生很小的交疊，這些材料從拓撲絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)橥負浒虢??屬。在三維狄拉克半金屬中，導(dǎo)帶和價帶交叉點附近能量－動量色散關(guān)系在三維??動量空間是線性的。因此三維狄拉克半金屬被認為是石墨烯類似物。??（ａ）?Ｃｄ？Ａ＊，?（ｂ）?Ｎａ，？??丨＿瀛編＿??＿＿??Ｋａｔａｎａｍ?ｌｌＡ＊＊）?ｒ??圖１－３?ＣＭｓ２和Ｎａ：，Ｂｉ中拓撲狄拉克半金屬相的實驗觀察。（ａ）Ｃｄ３Ａｓ２中三維狄拉克??錐的ＡＲＰＥＳ散射圖，顯示了在動量空間三個方向上的線性狄拉克色散。圖片來自［５４］。??（ｂ）?Ｎａ３Ｂｉ中三維狄拉克錐和費米弧表面態(tài)的ＡＲＰＥＳ散射和費米面圖譜。圖片來自??［５３］。??我們注意到由于需要存在完整的體帶隙，拓撲絕緣體的＆拓撲分類也許不??能完全擴展到三維狄拉克半金屬。因此需要一種新的方法來定義三維狄拉克半金??５??


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