二维Kagome材料的电子性质

发布时间：2020-03-20 07:39

【摘要】：近年来,二维材料已经成为技术应用和基础科学领域的热门研究材料。二维材料中的原子结构可以以不同的晶格形式存在,比如六角晶格、三角晶格和Kagome晶格等,其中Kagome晶格在近年来备受关注。Kagome晶格具有十分有趣的能带结构:包括两条狄拉克能带和一条平带,称之为Kagome能带。前者产生载流子迁移率极高的无质量费米子,而后者产生重费米子。由于平带中的电子动能受到抑制而库仑相互作用会变得更重要,这将引起很多强关联现象,如铁磁性、超导和Wigner晶格。目前,关于Kagome能带的研究多数还只是基于理想模型。本论文将提出一些实际的Kagome晶格材料并研究其中蕴含的丰富的物理性质。论文总体分为五章。第一章简单地描述了当前二维材料的发展现状,并介绍了 Kagome晶格材料的轨道物理和电子性质、磁性和超导等。第二章我们简述了所采用的第一性原理计算理论及紧束缚模型方法。第三章我们提出了一种新的能带结构——双Kagome能带,它的迷人之处在于能够同时在费米能级附近拥有狄拉克费米子和重费米子,这是前所未有的。更重要的是,我们发现在一种新型二维材料——P2C3中发现了双Kagome能带。P2C3拥有良好的稳定性及奇特的电子性质。平带的空穴掺杂使P2C3具有较强的磁性,且使得狄拉克能带发生自旋极化;由狄拉克能带和平带引起的边缘态证明P2C3拥有极好的输运性质。此外,我们经过一系列的计算研究后提供了一种理论上可行有效的合成P2C3的实验措施:可在衬底上生长P2C3,如Ag(111)面。第四章我们提出当满足两个条件时可以实现极性半金属平带系统。根据这些条件,我们提出了两个新的由五元环分子组成的共价键有机框架材料(COF)。在没有电子和空穴掺杂的情况下,两种结构都存在自旋极化的平带,而且它们都是极性半金属材料。由于对称性的限制,COF中的五元环分子并不能形成完美的晶格,而是扭曲的Kagome晶格。在这里,基于扭曲的Kagome晶格的紧束缚模型揭示了平带的起源。第五章是对本论文的工作进行总结及对将来的工作进行展望。
【图文】：

晶格结构,石墨,二维材料,六角晶格

为广泛的应用。石墨烯的发现打开了二维材料的世界之门，二维材料表现出许多逡逑特殊的性能，这使得它们可能在众多领域中有很好的应用。二维材料的快速发展逡逑使其在整个学术界的研究地位抵达一个又一个高峰，这个家族的种类日渐丰富，，逡逑如硅烯、过渡金属硫化物、硼烯等［３］。逡逑二维材料种类繁多，性质丰富多样，不同的原子可以按照不同的晶格结构形逡逑成不同的材料。譬如，碳、硅、锗等原子可以形成六角晶格；硼原子可以形成三逡逑角晶格；而碳等原子可以形成Ｋａｇｏｍｅ晶格。这些材料的电子性质与原子种类、逡逑晶格结构都紧密关联。接下来，我们将从晶格结构这方面对二维材料进行简单的逡逑介绍。逡逑１．１．１二维六角晶格材料逡逑近年来，与石墨烯的晶格结构相似的二维六角晶格材料接连被成功制备，如逡逑硅烯、过渡金属硫化物等。六角晶格结构简单，物理性质丰富多样，同时具备许逡逑多潜在的应用前景，很大程度上推动了凝聚态物理学和材料科学等领域的发展。逡逑

硅烯,正视图,侧视图,石墨

湘潭大学硕士毕业论文逡逑（Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ邋Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ）成功从石墨中分离出石墨稀ｗ。在石墨烯中碳原子呈六方逡逑网状排列，可以看作是单层的石墨，如图１．１邋（ａ）所示。石墨烯的厚度约为３．３５逡逑人，碳碳键长为１．４２人，晶格常数为２．４６邋Ａ。在石墨烯中，每个碳原子以ｓｐ２轨逡逑道杂化与最近邻碳原子形成较强的0键，剩余的＆轨道形成大７１键。而大Ｔｔ键逡逑处于半填满状态，大７：键中的电子为非定域的。所以电子在石墨烯中能自由移动，逡逑传输速度为１０６ｍ／ｓ。由于其独特的电子能带结构，石墨烯具有独特的物理性质。逡逑由图１．１邋（ｂ）可以看出，石墨烯是零带隙的体系，导带和价带相交于费米能级的逡逑Ｋ和Ｋ’点且表现出很好的线性色散关系，且满足无质量的狄拉克方程［１］。因此，逡逑此交点被称之为狄拉克点。石墨烯除了具有超高电子迁移率、良好的导电性外，逡逑还具备光吸收效率低、导热系数大等特点。考虑自旋轨道耦合后
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】