RSi（R=Co,Fe）单晶低温下的电、磁学性能研究
发布时间：2021-01-03 15:34
外尔半金属是研究外尔费米子的重要材料,其在磁学和电学性能上具有不同寻常的行为表现。单硅化合物（CoSi、FeSi、Rh Si、Mn Si等）—一类外尔半金属材料,随着技术的进步正在被人们更清晰地认识。通过ARPES观察CoSi的能带验证了其具有的多种外尔费米子,给学术界带来了新的研究热潮。FeSi观测到的外尔费米子声子能谱和其具有的三维拓扑绝缘体特性引起人们的关注。我们使用助熔剂方法来生长所需研究的单晶。我们分别使用助熔剂Ga和Te来生长CoSi单晶样品;使用Ga助熔剂生长FeSi单晶样品。我们对生长的单晶样品进行X射线衍射、扫描电镜观察和能谱分析等基本材料表征,用以确保生长的CoSi单晶和FeSi单晶样品质量,结果表明CoSi单晶和FeSi单晶的质量符合研究需求。我们使用MPMS磁学测量系统对CoSi单晶和FeSi单晶进行磁学性能表征,结果显示不同助熔剂生长的CoSi单晶在外加磁场下表现不同的行为。Ga助熔剂生长的CoSi单晶在6-300 K表现为顺磁性,而在6 K处磁性急剧的减小是由于单晶中Ga的残留。Te助熔剂生长的CoSi单晶在2-300 K均表现为抗磁性,低温下存在局域磁矩。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种不同类型拓扑费米子[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-Chern数仍为4，CoSi中的I型和II型Weyl费米子贡献的费米弧与体态强烈耦合。无论考虑不考虑自旋轨道耦合，在（001）表面都可以清楚地观察到相应的费米唬与先前发现的拓扑半金属不同，CoSi在费米能级和整个表面BZ附近可以找到拓扑特征。当向CoSi块体施加磁场后，磁场的存在扭曲了电子的自旋，也破坏了其时间反演对称性，使得这些准粒子分裂为多个Weyl费米子[24]。因此，在理论推算中，可以通过低温强磁场下的电输运观测到CoSi单晶具有异常的磁阻，也可以通过热输运的手段来识别出CoSi单晶的量子磁异常[25]。图1-2未考虑自旋相互作用的CoSi能带图[14](a)CoSi的球棍模型(b)CoSi的(001)面(c)不考虑自旋耦合CoSi的能带(d)CoSi的模拟观测能带(e)CoSi的0.19eV费米面(f)CoSi的0.19eV费米面2018年，D.A.Pshenay-Severin[26,27]等人使用第一性原理计算CoSi的电子结构，同时考虑了自旋轨道耦合，推导了线性化的哈密顿量，描述了Γ点附近CoSi的各向异性电子结构，位于第一布里渊区的Γ和R点具有四重和六重简并性接触节点的拓扑特征。不久之后，D.A.Pshenay-Severin等人还考虑了常用的恒定弛豫时间近似的电子散射，使用第一原理计算，研究了声子和点缺陷对电荷载流子的散射影响。计算表明在这种CoSi材料中，不仅是带内，而且带间散射也很重要。其将塞贝克系数和CoSi的电阻率以及稀固溶体Co1-xMxSi（M=Fe或
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-973K的温度范围内测量了热学及电学性质，主要研究Al取代Si对电阻率，Seebeck系数和导热系数的影响。随着Al含量的增加，样品的导热系数和Seebeck系数明显降低,其导热系数的降低主要归因于Al原子的额外散射；其电阻率在300-550K有下降，而随着Al含量的增加在更高温度区间没有明显变化，其归结于p型载流子作为主要贡献。另外，E.S.Koug[32]等人研究了在CoSi合金中掺杂Ge取代Si，进而研究其热学和电学性能变化情况。这些掺杂合金的Seebeck系数相当高，用Ge代替Si也导致晶格热导率的强烈降低，同时表明，在金属间合金中可以诱导出增强的热电性能；同时对比的电阻性能上，由于Ge的加入，使得电子散射增加，可以明显看出其电阻的增加。关于在CoSi合金中取代Si掺杂Ge，使其热学和电学性能发生变化的原因，C.C.Hsu[33]等人认为其热电势与Co的3d轨道中的电荷再分布强烈相关，并且观察到的Ge和Co之间的电荷转移是Co的3d轨道占有率变化的原因。通过调整Co的3d状态来修改其塞贝克系数和增强局部晶格紊乱，可以改善CoSi的热电性能。图1-3CoSi纳米线负磁阻[29]2007年，KwanyongSeo[34]等人制备了大量高质量CoSi单晶纳米线，在硅衬底上的CoSi单晶纳米线在测量中显示出的异常铁磁性质，与体态单晶的抗磁性CoSi形成鲜明对比。其实验所制备的具有B20晶体结构的高密度的单晶CoSi
【参考文献】：
期刊论文
[1]拓扑半金属材料的单晶生长研究进展[J]. 伊长江,王乐,冯子力,杨萌,闫大禹,王翠香,石友国. 物理学报. 2018(12)
[2]CoSi合金的磁性和光学性质的第一性原理研究[J]. 崔红卫,张富春,杨延宁,张威虎. 电子元件与材料. 2016(05)
[3]拓扑半金属研究最新进展[J]. 翁红明,戴希,方忠. 物理. 2015(04)
[4]X射线衍射进展简介[J]. 解其云,吴小山. 物理. 2012(11)
[5]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[6]CoSi电子结构第一性原理研究[J]. 潘志军,张澜庭,吴建生. 物理学报. 2005(01)
[7]X射线衍射分析的实验方法及其应用[J]. 胡林彦,张庆军,沈毅. 河北理工学院学报. 2004(03)
本文编号：2955057
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种不同类型拓扑费米子[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-Chern数仍为4，CoSi中的I型和II型Weyl费米子贡献的费米弧与体态强烈耦合。无论考虑不考虑自旋轨道耦合，在（001）表面都可以清楚地观察到相应的费米唬与先前发现的拓扑半金属不同，CoSi在费米能级和整个表面BZ附近可以找到拓扑特征。当向CoSi块体施加磁场后，磁场的存在扭曲了电子的自旋，也破坏了其时间反演对称性，使得这些准粒子分裂为多个Weyl费米子[24]。因此，在理论推算中，可以通过低温强磁场下的电输运观测到CoSi单晶具有异常的磁阻，也可以通过热输运的手段来识别出CoSi单晶的量子磁异常[25]。图1-2未考虑自旋相互作用的CoSi能带图[14](a)CoSi的球棍模型(b)CoSi的(001)面(c)不考虑自旋耦合CoSi的能带(d)CoSi的模拟观测能带(e)CoSi的0.19eV费米面(f)CoSi的0.19eV费米面2018年，D.A.Pshenay-Severin[26,27]等人使用第一性原理计算CoSi的电子结构，同时考虑了自旋轨道耦合，推导了线性化的哈密顿量，描述了Γ点附近CoSi的各向异性电子结构，位于第一布里渊区的Γ和R点具有四重和六重简并性接触节点的拓扑特征。不久之后，D.A.Pshenay-Severin等人还考虑了常用的恒定弛豫时间近似的电子散射，使用第一原理计算，研究了声子和点缺陷对电荷载流子的散射影响。计算表明在这种CoSi材料中，不仅是带内，而且带间散射也很重要。其将塞贝克系数和CoSi的电阻率以及稀固溶体Co1-xMxSi（M=Fe或
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-973K的温度范围内测量了热学及电学性质，主要研究Al取代Si对电阻率，Seebeck系数和导热系数的影响。随着Al含量的增加，样品的导热系数和Seebeck系数明显降低,其导热系数的降低主要归因于Al原子的额外散射；其电阻率在300-550K有下降，而随着Al含量的增加在更高温度区间没有明显变化，其归结于p型载流子作为主要贡献。另外，E.S.Koug[32]等人研究了在CoSi合金中掺杂Ge取代Si，进而研究其热学和电学性能变化情况。这些掺杂合金的Seebeck系数相当高，用Ge代替Si也导致晶格热导率的强烈降低，同时表明，在金属间合金中可以诱导出增强的热电性能；同时对比的电阻性能上，由于Ge的加入，使得电子散射增加，可以明显看出其电阻的增加。关于在CoSi合金中取代Si掺杂Ge，使其热学和电学性能发生变化的原因，C.C.Hsu[33]等人认为其热电势与Co的3d轨道中的电荷再分布强烈相关，并且观察到的Ge和Co之间的电荷转移是Co的3d轨道占有率变化的原因。通过调整Co的3d状态来修改其塞贝克系数和增强局部晶格紊乱，可以改善CoSi的热电性能。图1-3CoSi纳米线负磁阻[29]2007年，KwanyongSeo[34]等人制备了大量高质量CoSi单晶纳米线，在硅衬底上的CoSi单晶纳米线在测量中显示出的异常铁磁性质，与体态单晶的抗磁性CoSi形成鲜明对比。其实验所制备的具有B20晶体结构的高密度的单晶CoSi
【参考文献】：
期刊论文
[1]拓扑半金属材料的单晶生长研究进展[J]. 伊长江,王乐,冯子力,杨萌,闫大禹,王翠香,石友国. 物理学报. 2018(12)
[2]CoSi合金的磁性和光学性质的第一性原理研究[J]. 崔红卫,张富春,杨延宁,张威虎. 电子元件与材料. 2016(05)
[3]拓扑半金属研究最新进展[J]. 翁红明,戴希,方忠. 物理. 2015(04)
[4]X射线衍射进展简介[J]. 解其云,吴小山. 物理. 2012(11)
[5]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[6]CoSi电子结构第一性原理研究[J]. 潘志军,张澜庭,吴建生. 物理学报. 2005(01)
[7]X射线衍射分析的实验方法及其应用[J]. 胡林彦,张庆军,沈毅. 河北理工学院学报. 2004(03)
本文编号：2955057
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