烧绿石硼材料的电子结构和热输运性质
发布时间：2021-09-02 09:49
烧绿石晶格作为具有三维阻挫现象的特殊晶格,其磁性和电子结构中的平带等性质都有了较多的研究。从自旋阻挫中的自旋玻璃、自旋液体和自旋冰,到轨道阻挫中的平带、维格纳晶格和简并能级,都表明烧绿石晶格具有非常有趣的物理性质。但是,到目前为止,所有被作为研究对象的具有烧绿石晶格特点的材料都是稀土金属氧化物（A2B2O6O’）。稀土元素占据着烧绿石格点,但氧原子对该类结构的性质有重要影响,从而不能揭示出烧绿石晶格的本质特性。本文以PL-B4和PL-B8两种硼单质的烧绿石结构为例,研究了烧绿石晶格的热输运和拓扑性质,旨在探索纯净的烧绿石晶格中潜藏的物理现象。本次论文总共分为五章。第一章分别介绍了几何阻挫和烧绿石晶格的研究现状,以及硼结构的同素异形体及其发展。第二章我们介绍了紧束缚模型、k·p微扰理论、密度泛函理论以及玻尔兹曼输运方程。第三章我们通过提出的两种烧绿石硼结构,通过对称性和声子色散特点的分析,发现PL-B4中的准平带对声子输运中的三声子散射过程发生起到促进作用。由于平带的出现,平带上的声子作为散射来源,使散射过程只需要考虑能量...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)在四方晶格中没有阻挫的反铁磁系统，每一个自旋都与相邻的格点相反
制了简单、有序的低温自旋结构的形成有关。通常，几何受挫会导致退化的基态流形，而不是单一的稳定基态配置，从而导致液体和冰的磁性类似物。所以，即使是轻微的扰动也会引起阻挫系统的不稳定性，并促使出现其他异常现象，甚至包括人工电动力学的典型，其中受挫的磁体充当新型磁激励的“醚”。近些年来，阻挫概念逐步得到发展，也不断有科学工作者投入到晶格的理论研究中去，具有阻挫现象的晶格也陆陆续续被他们发现，从二维到三维，从三角到四方，每一个地方都潜藏着阻挫的机理，只是有些现象已经被其他扰动掩盖掉了。如图1.2所示，为目前研究最热的几种阻挫晶格，(a)呼吸kagome晶格[7]，(b)kagome晶格[8,9]，(c)lieb晶格[10]，(d)coloring-triangle晶格[11]，(e)烧绿石晶格[12-14]，(f)钙钛矿晶格[15]。从图中我们不难看出，coloring-triangle晶格就是呼吸kagome晶格的一种变形，它们都拥有一个完美的三角形单元，但这些单元彼此相连的外部环境却无法与内部环境等同，尽管这违背了阻挫系统宏观上的条件，但是这样的晶格的每个格点依旧可能等效，这样的结果就是仍能保留一部分的物理特征。此外烧绿石晶格和钙钛矿晶格分别是kagome晶格和lieb晶格的三维形式，烧绿石晶格的(111)和钙钛矿的(100)切面分别是他们的二维形式。由于维度的增加，将导致更高的自由度选择，这为更复杂的阻挫机理带来了条件。图1.2典型的几何阻挫构型。(a)呼吸kagome晶格[16]；(b)kagome晶格[6]；(c)lieb晶格；(d)CT晶格[11]；(e)烧绿石晶格；(f)钙钛矿晶格[15]。Kagome晶格铁磁体提供了一种理想的系统，可在其中研究平坦的拓扑磁能
模式，但是，它出现在最高能带上。Kagome铁磁体中的局部自旋波如图1.3a所示，显示了围绕kagome晶格六边形的激发。通过阻挫的跳跃幅度，该激发与晶格的其余部分解耦到相邻的顶点。图1.3b显示了在kagome晶格上最邻近的Heisenberg模型的自旋波激发光谱的色散，其中一个在顶部注意到是一个完美平带，它对应于局部激发。人们还看到，中间能带是有色散的，并且在二次接触点与平带相交。有趣的是，这些接触点受实际空间拓扑结构的保护，在这些拓扑结构中，其他交互项只有在消除了顶部带的完美平坦度的情况下，才可能出现带隙。图1.3Kagome晶格铁磁体中的自旋波激发[8]。(a)由kagome晶格支持的局部自旋波激发。由于kagome的几何形状，激发的(红色)自旋与晶格的其余部分解耦，因为相邻基态(黑色)自旋的旋转不会降低自旋结构的总能量。虚线表示激发的自旋旋进路径。(b)Kagome晶格铁磁体的自旋波色散，它由两个色散模和一个完美的平坦模组成，对应于(a)中所示的局部激发。箭头表示沿(-K2K0)的相邻频段之间的触摸点位置。Kagome晶格不仅在磁领域取得了很可观的成果，而且在轨道上也获得了一些进展。2014年Chen[19]等人对kagome晶格中的轨道阻挫现象进行了具体的分析与讨论，他们提出轨道作为同样具有矢量特征的量(定义轨道的虚部指向实部)，体系中一定存在着阻挫机制。通过群论的对称性分析，对kagome晶格每个格点上的轨道波函数进行配置推导，最后发现三种p轨道中都会存在阻挫现象，并给出了其中一种轨道波函数的阻挫配置，包括一个单态和两个简并态，如图1.4d-f所示。为验证这一结果，他们还提出了碳kagome晶格结构(CKL)进行验证，不论是从能带演变还是轨道波函数计算，都很好的证明了轨道阻挫的存在，这个工作被刊登在《物理评论快报》上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型二维材料:硼烯[J]. 程鹏,陈岚,吴克辉. 物理. 2017(04)
本文编号：3378793
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)在四方晶格中没有阻挫的反铁磁系统，每一个自旋都与相邻的格点相反
制了简单、有序的低温自旋结构的形成有关。通常，几何受挫会导致退化的基态流形，而不是单一的稳定基态配置，从而导致液体和冰的磁性类似物。所以，即使是轻微的扰动也会引起阻挫系统的不稳定性，并促使出现其他异常现象，甚至包括人工电动力学的典型，其中受挫的磁体充当新型磁激励的“醚”。近些年来，阻挫概念逐步得到发展，也不断有科学工作者投入到晶格的理论研究中去，具有阻挫现象的晶格也陆陆续续被他们发现，从二维到三维，从三角到四方，每一个地方都潜藏着阻挫的机理，只是有些现象已经被其他扰动掩盖掉了。如图1.2所示，为目前研究最热的几种阻挫晶格，(a)呼吸kagome晶格[7]，(b)kagome晶格[8,9]，(c)lieb晶格[10]，(d)coloring-triangle晶格[11]，(e)烧绿石晶格[12-14]，(f)钙钛矿晶格[15]。从图中我们不难看出，coloring-triangle晶格就是呼吸kagome晶格的一种变形，它们都拥有一个完美的三角形单元，但这些单元彼此相连的外部环境却无法与内部环境等同，尽管这违背了阻挫系统宏观上的条件，但是这样的晶格的每个格点依旧可能等效，这样的结果就是仍能保留一部分的物理特征。此外烧绿石晶格和钙钛矿晶格分别是kagome晶格和lieb晶格的三维形式，烧绿石晶格的(111)和钙钛矿的(100)切面分别是他们的二维形式。由于维度的增加，将导致更高的自由度选择，这为更复杂的阻挫机理带来了条件。图1.2典型的几何阻挫构型。(a)呼吸kagome晶格[16]；(b)kagome晶格[6]；(c)lieb晶格；(d)CT晶格[11]；(e)烧绿石晶格；(f)钙钛矿晶格[15]。Kagome晶格铁磁体提供了一种理想的系统，可在其中研究平坦的拓扑磁能
模式，但是，它出现在最高能带上。Kagome铁磁体中的局部自旋波如图1.3a所示，显示了围绕kagome晶格六边形的激发。通过阻挫的跳跃幅度，该激发与晶格的其余部分解耦到相邻的顶点。图1.3b显示了在kagome晶格上最邻近的Heisenberg模型的自旋波激发光谱的色散，其中一个在顶部注意到是一个完美平带，它对应于局部激发。人们还看到，中间能带是有色散的，并且在二次接触点与平带相交。有趣的是，这些接触点受实际空间拓扑结构的保护，在这些拓扑结构中，其他交互项只有在消除了顶部带的完美平坦度的情况下，才可能出现带隙。图1.3Kagome晶格铁磁体中的自旋波激发[8]。(a)由kagome晶格支持的局部自旋波激发。由于kagome的几何形状，激发的(红色)自旋与晶格的其余部分解耦，因为相邻基态(黑色)自旋的旋转不会降低自旋结构的总能量。虚线表示激发的自旋旋进路径。(b)Kagome晶格铁磁体的自旋波色散，它由两个色散模和一个完美的平坦模组成，对应于(a)中所示的局部激发。箭头表示沿(-K2K0)的相邻频段之间的触摸点位置。Kagome晶格不仅在磁领域取得了很可观的成果，而且在轨道上也获得了一些进展。2014年Chen[19]等人对kagome晶格中的轨道阻挫现象进行了具体的分析与讨论，他们提出轨道作为同样具有矢量特征的量(定义轨道的虚部指向实部)，体系中一定存在着阻挫机制。通过群论的对称性分析，对kagome晶格每个格点上的轨道波函数进行配置推导，最后发现三种p轨道中都会存在阻挫现象，并给出了其中一种轨道波函数的阻挫配置，包括一个单态和两个简并态，如图1.4d-f所示。为验证这一结果，他们还提出了碳kagome晶格结构(CKL)进行验证，不论是从能带演变还是轨道波函数计算，都很好的证明了轨道阻挫的存在，这个工作被刊登在《物理评论快报》上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型二维材料:硼烯[J]. 程鹏,陈岚,吴克辉. 物理. 2017(04)
本文编号：3378793
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3378793.html
