新拓扑材料的第一性原理预测

发布时间：2021-01-31 23:57

　　近十年来,拓扑电子材料逐渐成为凝聚态物理领域里一个研究热点,其中包括拓扑绝缘体、拓扑晶体绝缘体、拓扑超导体和各种拓扑半金属。这些拓扑材料中的拓扑量子态受了各种对称性的保护,所以它们的一个非常重要的特点就是拓扑性质不受外界环境微扰的影响,这也为拓扑材料在未来自旋电子学和拓扑量子计算提供了潜在的应用。近年来拓扑材料的理论分析、计算预言和实验进展都取得了丰硕的成果,其中基于密度泛函理论的第一性原理计算在其中发挥了重要的作用,越来越多的新拓扑材料在理论上被预言,然后得到后续的实验验证。在本论文中的一系列工作中,我们运用第一性原理计算预测了几种新的拓扑材料,这些新的拓扑性质的材料为实验提供了指导和方向。本文的具体内容安排如下:在第一章绪论中,我们介绍了拓扑相的发展历程,从量子霍尔效应到拓扑绝缘体,再到拓扑半金属。我们重点介绍了拓扑半金属的对称性和拓扑性质,其中主要包含Dirac半金属、Weyl半金属和节线态半金属。在第二章中,我们介绍了基于密度泛函的第一性原理、最局域Wannier函数和k·p模型。在第三章中,我们理论上预测了一种半氢化半氟化铋单层可以实现量子自旋霍尔效应,这种半氢化半氟化铋是氢... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 拓扑绝缘体
        1.1.1 拓扑能带理论
        1.1.2 量子自旋霍尔绝缘体
        1.1.3 三维拓扑绝缘体
    1.2 拓扑半金属
        1.2.1 Dirac半金属
        1.2.2 Weyl半金属
        1.2.3 节线态半金属
        1.2.4 新型拓扑半金属
    1.3 本文主要结构
第二章 计算方法
    2.1 第一性计算原理和密度泛函理论
        2.1.1 密度泛函理论
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 Wannier函数和紧束缚近似模型
        2.2.1 布洛赫函数和Wannier函数
        2.2.2 最局域Wannier函数
    2.3 k·p模型
        2.3.1 k·p方程
        2.3.2 微扰方法
        2.3.3 不变量理论
第三章 半氢化半氟化铋单层中的自旋谷性质和量子自旋霍尔效应
    3.1 简介
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 原子结构、结构稳定性和电偶极化
        3.3.2 电子结构和谷极化性质
        3.3.3 低能有效哈密顿量模型
        3.3.4 量子自旋霍尔效应和拓扑边缘态
    3.4 总结
第四章 五八环石墨烯中的第一类型和第二类型Dirac节线态
    4.1 简介
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 原子结构与稳定性
        4.3.2 电子结构和边缘态
        4.3.3 紧束缚近似模型
        4.3.4 实验上实现和表征
    4.4 总结
第五章 Dirac-Weyl半金属：极化六角ABC晶体中共存Dirac和Weyl费米子
    5.1 简介
    5.2 计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 六角ABC晶体结构
        5.3.2 块体和表面的电子结构性质
        5.3.3 拓扑不变量的计算
        5.3.4 有效哈密顿模型
        5.3.5 ABC中其他候选材料
        5.3.6 应变和掺杂的调控
    5.4 总结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
插图索引
表格索引
参考文献
作者在攻读博士学位期间发表的论文与研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]拓扑量子催化:TiSi家族的拓扑节线态和潜在催化析氢性能（英文）[J]. 李江旭,马会,谢庆,封少波,Sami Ullah,李荣汉,董俊华,李殿中,李依依,陈星秋.  Science China Materials. 2018(01)



本文编号：3011802