磁性拓扑材料Cd 3 As 2 与NaYbO 2 的磁性及电输运性质研究
发布时间：2021-03-28 12:58
最近二十年间,拓扑理论在凝聚态物理方面发挥着越来越重要的作用,拓扑型激发在各种不同的凝聚态系统中都有体现,这些新奇的拓扑量子态极大地丰富了凝聚态物理学。陆续发现和报道了反常量子霍尔效应、拓扑绝缘体、外尔半金属等奇异的物理现象和新材料。此外,还有一种新型的拓扑态,其中包含的准粒子在交换操作下表现出非阿贝尔的统计性质,被认为有希望在未来实现量子计算。总而言之,这些与拓扑序和拓扑态相关的新材料和新现象将可能对下一代电子器件和量子计算机的发展发挥重要的价值。按照研究材料体系的不同,本文分为以下两大部分。三维拓扑狄拉克半金属Cd3As2在费米能级处存在一对受对称性保护的狄拉克锥,这种特殊的能带结构使其有希望应用于无能耗的新型电子器件,因而得到了广泛的关注。有研究表明,磁性拓扑半金属中的拓扑态与电子之间的关联作用可能导致新的拓扑相。另外,磁性外尔半金属中实现的反常霍尔效应,使其在实现无场的无能耗输运方面具有潜在的应用价值。因此,我们的第一部分工作是将磁性Mn元素引入三维拓扑狄拉克半金属Cd3As2中,并研究其磁性和输运性质。通过控制原材料Mn3As2和Cd3As2的比例,我们制备得到了多晶（Cd1...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同对称性破缺对应的相变（ａ）晶体结构相变对应平移对称性破缺；（ｂ）磁相变对应??旋转对称性破缺；（ｃ）超导相变对应规范对称性破缺??
述里，可以有零个、一个、两个或??者Ｎ个洞（Ｎ为整数），但绝对不会有半个洞、１．６１８个洞或者３．１４１５９２６个洞。??诺贝尔学奖的发布会上主持人手里拿着的面包圈和一个带把手的茶杯，在拓扑学??上都是一回事，拥有同样的不变性：一个洞。除了洞的个数，还有其他特征数来??描述不同的拓扑特性。??拓扑的本质是连续变化下的不变性。举个例子，如果我们在绳子上打一个??结，再把这根绳子首尾相连。这个绳结是解不开的，如果想要去除这个结，就只??能把绳子割断。再比如说，涡旋。一个典型的涡旋结构如图１．３所示。任意选取??一个包含涡旋的闭合回路，我们可以发现，围绕着涡旋中心，自旋的夹角连续地??从０变化到２ｔｉ。如果以２ｊｉ作为单位，则涡旋的自旋夹角改变为１，反涡旋为－１。??这一夹角的改变，是不依赖我们选择的路径的，因此可以把它看作涡旋的一个拓??扑表征。通过图的对比我们可以看出，普通的波浪形自旋夹角改变是可以通过连??续变形消除掉的。而涡旋在连续变形下只能移动位置，不能消除。这里我们称，??涡旋因为拓扑结构而获得了保护，无法被轻易的消除。把涡旋消除掉的唯一办法??是引入一个与之手性相反的涡旋，让它们相互抵消掉。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?＾??＾???？?？?丨．麵?＊?＾?４?／?Ａ?＾?＼?＼??丨■?丨丨＂■丨丨？?１?？?＊?－?‘?‘‘??Ｉ?＿？?—？?？?＂？??＊??？?？?？?丨丨■丨？??？?＾?＾??图１．２超导、超流体波函数的相位构型⑷基态构型；（ｂ）普通型激发；（ｃ）涡旋激发??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｐｈａｓｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗａｖｅ?ｆｕｎｃｔｉｏ
?把这种磁性系统中的局域自旋结构称为磁性斯格明子ｔ１３］。接下来的一段时间里，??虽然有理论物理学家预言了某些磁性体系中可以存在磁性斯格明子，但实验方面??的进展则较为缓慢，未能在实验上观测到磁性斯格明子。直到２００９年，Ｍｉｉｈｌａｂｕｅｒ??等通过中子散射的办法，于低温和外加磁场的条件下，在ＭｎＳｉ单晶中首次观察??到了磁性斯格明子的存在［１４］。磁性斯格明子具有二维的拓扑结构，中心自旋和??外围自旋均指向面外且指向相反，其余自旋在面内取向，由中心自旋逐渐过渡至??外围自旋，如图１．３所示。??轉＇＇雜??图１．３斯格明子示意图ｌ１５ｌ（ａ）布洛赫型斯格明子（ｂ）奈尔型斯格明子??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｋｙｒｍｉｏｎｓ?Ｉ，ｓ，?（ａ）?Ｔｈｅ?Ｂｌｏｃｈ－ｔｙｐｅ?（ｂ）?Ｔｈｅ?Ｎｅｅｌ－ｔｙｐｅ??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn doping effects on the gate-tunable transport properties of Cd3As2 films epitaxied on GaAs[J]. Hailong Wang,Jialin Ma,Qiqi Wei,Jianhua Zhao. Journal of Semiconductors. 2020(07)
本文编号：3105599
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同对称性破缺对应的相变（ａ）晶体结构相变对应平移对称性破缺；（ｂ）磁相变对应??旋转对称性破缺；（ｃ）超导相变对应规范对称性破缺??
述里，可以有零个、一个、两个或??者Ｎ个洞（Ｎ为整数），但绝对不会有半个洞、１．６１８个洞或者３．１４１５９２６个洞。??诺贝尔学奖的发布会上主持人手里拿着的面包圈和一个带把手的茶杯，在拓扑学??上都是一回事，拥有同样的不变性：一个洞。除了洞的个数，还有其他特征数来??描述不同的拓扑特性。??拓扑的本质是连续变化下的不变性。举个例子，如果我们在绳子上打一个??结，再把这根绳子首尾相连。这个绳结是解不开的，如果想要去除这个结，就只??能把绳子割断。再比如说，涡旋。一个典型的涡旋结构如图１．３所示。任意选取??一个包含涡旋的闭合回路，我们可以发现，围绕着涡旋中心，自旋的夹角连续地??从０变化到２ｔｉ。如果以２ｊｉ作为单位，则涡旋的自旋夹角改变为１，反涡旋为－１。??这一夹角的改变，是不依赖我们选择的路径的，因此可以把它看作涡旋的一个拓??扑表征。通过图的对比我们可以看出，普通的波浪形自旋夹角改变是可以通过连??续变形消除掉的。而涡旋在连续变形下只能移动位置，不能消除。这里我们称，??涡旋因为拓扑结构而获得了保护，无法被轻易的消除。把涡旋消除掉的唯一办法??是引入一个与之手性相反的涡旋，让它们相互抵消掉。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?＾??＾???？?？?丨．麵?＊?＾?４?／?Ａ?＾?＼?＼??丨■?丨丨＂■丨丨？?１?？?＊?－?‘?‘‘??Ｉ?＿？?—？?？?＂？??＊??？?？?？?丨丨■丨？??？?＾?＾??图１．２超导、超流体波函数的相位构型⑷基态构型；（ｂ）普通型激发；（ｃ）涡旋激发??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｐｈａｓｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗａｖｅ?ｆｕｎｃｔｉｏ
?把这种磁性系统中的局域自旋结构称为磁性斯格明子ｔ１３］。接下来的一段时间里，??虽然有理论物理学家预言了某些磁性体系中可以存在磁性斯格明子，但实验方面??的进展则较为缓慢，未能在实验上观测到磁性斯格明子。直到２００９年，Ｍｉｉｈｌａｂｕｅｒ??等通过中子散射的办法，于低温和外加磁场的条件下，在ＭｎＳｉ单晶中首次观察??到了磁性斯格明子的存在［１４］。磁性斯格明子具有二维的拓扑结构，中心自旋和??外围自旋均指向面外且指向相反，其余自旋在面内取向，由中心自旋逐渐过渡至??外围自旋，如图１．３所示。??轉＇＇雜??图１．３斯格明子示意图ｌ１５ｌ（ａ）布洛赫型斯格明子（ｂ）奈尔型斯格明子??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｋｙｒｍｉｏｎｓ?Ｉ，ｓ，?（ａ）?Ｔｈｅ?Ｂｌｏｃｈ－ｔｙｐｅ?（ｂ）?Ｔｈｅ?Ｎｅｅｌ－ｔｙｐｅ??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn doping effects on the gate-tunable transport properties of Cd3As2 films epitaxied on GaAs[J]. Hailong Wang,Jialin Ma,Qiqi Wei,Jianhua Zhao. Journal of Semiconductors. 2020(07)
本文编号：3105599
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