“梦之线”设备升级及其对拓扑材料的研究

发布时间：2020-06-07 20:06

【摘要】：近些年来,拓扑理论进入了空前辉煌的时期。在理论框架内,拓扑材料主要分为拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体,这里边的每一类又可以根据特性细分为许多的小类别。固体世界不同与真实宇宙,其内部丰富的相互作用造就了千奇百怪的准粒子,因此基于固体世界去寻找高能物理中存在甚至不存在的粒子,对于深刻认识物理机制有着重要的作用。本论文重点介绍了我在硕士期间所做的设备工作与拓扑实验研究工作。首先,本文重点介绍角分辨光电子能谱(ARPES)的基本原理,并结合上海同步辐射光源“梦之线”ARPES实验站介绍角分辨光电子能谱实验系统的组成部分。角分辨光电子能谱术利用光电效应探测出射光电子的能量动量来反推得到电子的初始状态,进而获得电子动量空间的能带色散关系。本人在“梦之线”参与了分析器、样品操纵杆等的更新工作,使设备能力大幅提升。然后,本文从简单的模型出发,以石墨烯为例,介绍拓扑领域实验研究的相关概念与物理机制。对拓扑绝缘体来讲,拓扑不变量的不同使之区别于普通绝缘体,同时受时间反演对称性的保护,可以存在自旋极化的表面态。对拓扑半金属,其体能带本身就会存在受时间反演、空间反射或是晶体对称性保护的特殊简并点,这些特殊简并点在表面的投影还可能引出奇特的费米弧状表面态。最后,本文详述了本人在“梦之线”实验站重点参与的拓扑材料研究。一项为对MoP中三重简并费米子的测量。利用高分辨角分辨光电子能谱,我们重点对Γ-A方向上存在的三重简并费米子进行了细致观测,从两个角度剖析该简并点处的能带结构,最终确定在晶体对称性保护下,一条两重简并能带和一条无简并能带交叉产生了三重简并点,这打破了传统高能物理的粒子分类;另一项为对TiB_2中存在的nodal chain结构进行观测,经过测量,我们确定其两条节线环相切构成了链状结构,该材料内自旋轨道耦合较弱以致可以忽略,同时我们确定了该材料的灯笼状费米面及与之对应的节线。这些工作不仅证实了相关的理论预言,也很好地促进了人们对拓扑世界的理解。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH842;TB302.1

【参考文献】