Kagome晶格的能带结构、磁性和拓扑性质
发布时间：2021-09-09 20:40
根据固体电子能带理论,固体中的电子行为是由其能带结构决定的,而固体中原子的排列顺序则可以控制能带结构。因此实际上我们可以通过人工设计晶体结构在固体中实现各种非平庸的能带。例如构造六边形蜂窝晶格可以实现具有线性色散关系的Dirac能带,如石墨烯等。Dirac能带中电子没有质量,电子态密度很低,同时电子的运动速度很快。因此以石墨烯为例的Dirac材料展现出了诸如双极性输运、半整数量子霍尔效应和Klein隧穿等物理效应。与之相反,通过设计一些特殊的晶格结构,使得电子因布洛赫波函数的相消干涉而被局域起来,进而产生与Dirac能带形成鲜明对比的平带。平带描述了高简并无色散的电子态。平带中的电子具有很重的质量。在理想平带中,电子动能淬灭,电子间的库仑相互作用占主导地位。由于其特殊性,理论预言平带可能导致各种激动人心的物理效应,包括铁磁性、高温分数量子霍尔效应、Wigner晶体、玻色-爱因斯坦凝聚、以及高温超导等等。Kagome晶格是一种由对顶三角格子组成的特殊结构,将honeycomb结构最近邻的每个边的中心点连接起来就变成kagome结构,因此kagome晶格也可以看成是honeycomb晶格的...
【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】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Kagome晶格及能带结构
?Ｋ?Ａ／??图１．２?Ｓｉｄｅ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｓｑｕａｒｅ晶格及能带结构??我们在每个格点上只考虑单轨道时，即ａ，ｂ＝／／，６如图１．２（ａ）所示，它们往??最近邻格点的跃迁几率分别为／／、０。内部格点和外部格点的在位能量上有个差??值为Ｐ７。带入公式１．１，可以得到对应的布洛赫哈密顿量为：??（０?０?Ｉｔ＾ｃｏｓｋ＾、??０?０?２ｔ１ｃｏｓｋ２?Ｊ??２ｔ１ｃｏｓｋ１?２ｔ１ｃｏｓｋ２?２Ａｋ?）??公式１．５??其中ｆｃｎ?＝?ｆｃ?■?ａｎ，ａｎ是图?１．?２（ａ）中的基矢，Ａｆｃ?＝?（２（＾０５２／＾?＋?ｃｏｓ２ｆｃ２）?＋?Ｋ／２。求??解这个３ｘ３矩阵可以得到两个本征值如图１．２（ｂ）所示，其中平带的本征值为：??￡１?＝?０??而两个有色散的能带的本征值为：??艺２，３?＝？土」的?＋?２０（２?＋?ｃｏｓＺ／ｑ?＋?ｃｏｓ２ｋ２）??平带的布洛赫态为：??＾ＦＢ，ｋ?＝?ＣＯｓｋ２ｃｌ，ｉｙ?￣?ＣＯＳｋ＾??公式１．６??平带的一个重要特征就是因为它的能带很平坦，与朗道能级非常相似，这项??工作从１９８０年代就开始被广泛研宄。朗道能级是由自由的二维电子在垂直磁场??下作回旋运动产生的，它们的能量在能量上是等间距的：??Ｅｎ?＝?（ｊｉ?＋?—?ｊ?ｈａ＞ｃ?
相互作用与临界温度和化学势ｍ的关系，其中ｌ／１］Ｌ?＝?１〇心），１／１２／１以看出，临界温度基本正比于平带间的相互作用势ｋ２２。０极限时，临界温度基本可以写成ｆｃＢｒｃ？ｌ＾２／４，这个比单／ｃｓＴ／？要大很多。处于基态时，能Ａ＾ＶＷＺ、Ａ２？Ｖ２２／２，这种情况与单带模型此两个能带的存在是非常重要的，由于另一个有色散的带体系中电子也仍然可以跃迁。平带上相互作用势１／２２和并且在平带和有色散能带上都产生超导态。??只要平带与其它能带间相互作用势为吸引势，那么在平同作用下，即使是在ＢＣＳ机制下也能实现高温超导。??是Ｗｉｇｎｅｒ晶体。??ｒ晶体是Ｅｕｇｅｎｅ?Ｗｉｇｎｅｒ在１９３４年首次预言的一种晶体中
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维有机拓扑绝缘体的研究进展[J]. 高艺璇,张礼智,张余洋,杜世萱. 物理学报. 2018(23)
[2]Spin switching in antiferromagnets using Néel-order spin-orbit torques[J]. P Wadley,K W Edmonds. Chinese Physics B. 2018(10)
[3]Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials[J]. 王建峰,王娜,黄华卿,段文晖. Chinese Physics B. 2016(11)
[4]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
[5]磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应——无需外磁场的量子化霍尔效应[J]. 余睿,张薇,翁红明,戴希,方忠. 物理. 2010(09)
[6]急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律[J]. 徐锦锋,魏炳波. 物理学报. 2004(06)
本文编号：3392752
【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】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Kagome晶格及能带结构
?Ｋ?Ａ／??图１．２?Ｓｉｄｅ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｓｑｕａｒｅ晶格及能带结构??我们在每个格点上只考虑单轨道时，即ａ，ｂ＝／／，６如图１．２（ａ）所示，它们往??最近邻格点的跃迁几率分别为／／、０。内部格点和外部格点的在位能量上有个差??值为Ｐ７。带入公式１．１，可以得到对应的布洛赫哈密顿量为：??（０?０?Ｉｔ＾ｃｏｓｋ＾、??０?０?２ｔ１ｃｏｓｋ２?Ｊ??２ｔ１ｃｏｓｋ１?２ｔ１ｃｏｓｋ２?２Ａｋ?）??公式１．５??其中ｆｃｎ?＝?ｆｃ?■?ａｎ，ａｎ是图?１．?２（ａ）中的基矢，Ａｆｃ?＝?（２（＾０５２／＾?＋?ｃｏｓ２ｆｃ２）?＋?Ｋ／２。求??解这个３ｘ３矩阵可以得到两个本征值如图１．２（ｂ）所示，其中平带的本征值为：??￡１?＝?０??而两个有色散的能带的本征值为：??艺２，３?＝？土」的?＋?２０（２?＋?ｃｏｓＺ／ｑ?＋?ｃｏｓ２ｋ２）??平带的布洛赫态为：??＾ＦＢ，ｋ?＝?ＣＯｓｋ２ｃｌ，ｉｙ?￣?ＣＯＳｋ＾??公式１．６??平带的一个重要特征就是因为它的能带很平坦，与朗道能级非常相似，这项??工作从１９８０年代就开始被广泛研宄。朗道能级是由自由的二维电子在垂直磁场??下作回旋运动产生的，它们的能量在能量上是等间距的：??Ｅｎ?＝?（ｊｉ?＋?—?ｊ?ｈａ＞ｃ?
相互作用与临界温度和化学势ｍ的关系，其中ｌ／１］Ｌ?＝?１〇心），１／１２／１以看出，临界温度基本正比于平带间的相互作用势ｋ２２。０极限时，临界温度基本可以写成ｆｃＢｒｃ？ｌ＾２／４，这个比单／ｃｓＴ／？要大很多。处于基态时，能Ａ＾ＶＷＺ、Ａ２？Ｖ２２／２，这种情况与单带模型此两个能带的存在是非常重要的，由于另一个有色散的带体系中电子也仍然可以跃迁。平带上相互作用势１／２２和并且在平带和有色散能带上都产生超导态。??只要平带与其它能带间相互作用势为吸引势，那么在平同作用下，即使是在ＢＣＳ机制下也能实现高温超导。??是Ｗｉｇｎｅｒ晶体。??ｒ晶体是Ｅｕｇｅｎｅ?Ｗｉｇｎｅｒ在１９３４年首次预言的一种晶体中
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维有机拓扑绝缘体的研究进展[J]. 高艺璇,张礼智,张余洋,杜世萱. 物理学报. 2018(23)
[2]Spin switching in antiferromagnets using Néel-order spin-orbit torques[J]. P Wadley,K W Edmonds. Chinese Physics B. 2018(10)
[3]Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials[J]. 王建峰,王娜,黄华卿,段文晖. Chinese Physics B. 2016(11)
[4]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
[5]磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应——无需外磁场的量子化霍尔效应[J]. 余睿,张薇,翁红明,戴希,方忠. 物理. 2010(09)
[6]急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律[J]. 徐锦锋,魏炳波. 物理学报. 2004(06)
本文编号：3392752
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