拓扑半金属材料的电学输运研究
发布时间：2021-12-10 06:07
继拓扑绝缘体之后,凝聚态物理中拓扑能带理论的发展促使了拓扑半金属的出现。拓扑半金属体系中包含多样的新型拓扑费米子,对拓扑电子学的研究具有重要意义。此外,拓扑半金属丰富的材料体系以及能带结构也为更多新奇物理效应的研究带来了新的机遇。本文主要对拓扑半金属材料的电学输运特性进行探索。主要内容如下:1、首先介绍了拓扑半金属的基本物理性质、二维材料的基本性质以及层状拓扑半金属材料的研究概况。并对本文实验中所采用的器件制备工艺以及输运测量方法进行了介绍。2、对空穴导电的狄拉克半金属Cd3As2中的电学输运性质进行了研究。实验发现弱空穴型Cd3As2在加磁场后变温曲线上具有绝缘体-金属-绝缘体两次相变过程。理论分析表明,两次金属绝缘体相变过程均与狄拉克点密切相关。低温绝缘相的出现由狄拉克型能带朗道量子化后引起的电子局域所导致,高温绝缘相由狄拉克点附近缺陷态的热激发导致。3、实验研究了新型二类外尔半金属WTe2中的各向异性手性反常效应。WTe2是首个被理论预言的二类外尔半金属,其二类外尔特性受到了广泛的关注。各向异性手性反常效应是二类外尔点最主要的输运特性,实验上我们通过制作不同晶向的薄膜器件对WTe...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２狄拉克半金与其他拓扑态的关系（ａ）狄拉克半金属可以向多种拓扑态转变；（ｂ）??
外尔点的拓扑保护特性使得贝利曲率积分后Ｘ不为零，而且两个不同手性的外尔??费米子Ｘ的符号是相反的。由于贝利曲率可以看作倒空间中的“磁场”，不同手性??的外尔点则可以看作倒空间的“磁单极子”，其物理图像如图１．３ｂ。此外，外尔半??金属具有连接体带外尔点的不闭合表面态，称为费米弧。同时费米弧具有自旋和??动量锁定的特征，上下表面的费米弧自旋动量锁定相反，如图１．３ａ。不闭合的费??５??
究的基础上，２０１５年翁红明等人［４４］预言破坏空间反演对称性的非磁性材料ＴａＡｓ??家族属于Ｗｅｙｌ半金属材料，同年，实验上利用ＡＲＰＥＳ观测到了?ＴａＡｓ的Ｗｅｙｌ??半金属特性［５，４５］（不闭合的费米弧和Ｗｅｙｌ点，如图１．４），随后，大量的实验和??理论工作迅速开展，越来越多的Ｗｅｙｌ半金属材料被相继发现，如ＴａＰ［４６］，?ＮｂＰ??等［４７］。??（ａ〉（ｂ）?Ｆｅｒｍｉ?ａｒｃｓ?（ｃ〉??Ｗｅｖｌ?Ｆｅｒｍｉｏｎｓ???．?ＴＫ?－〇．２?－??－６．１?０．０?０．１?－０．２?０?０．２??々ｖ?（入’??图１．４ＴａＡｓ中的费米弧和表面态特征（ａ）?ＴａＡｓ的晶格结构；（ｂ）?ＡＲＰＥＳ观测到的ＴａＡｓ??中的费米弧；（ｃ）?ＡＲＰＥＳ观测到的ＴａＡｓ中的两个手性相反的外尔点。图片取自文献??［４５］。??１．１．４?第二类拓扑半金属??随着狄拉克和外尔半金属的出现，理论预言在凝聚态物理中准粒子的激发可??以实现打破洛伦兹协变性的新型拓扑费米子，称为第二类外尔／狄拉克费米子，??对应的材料称为第二类外尔／狄拉克半金属。由于打破洛伦兹协变性，这类费米??子在高能物理中是不能存在的。在ＴａＡｓ、Ｎａ３Ｂｉ、Ｃｄ３Ａｓ２等材料中，狄拉克或外??尔点出现在导带和价带的交点（称为一类拓扑半金属）。但是在二类拓扑半金属??中，这些狄拉克／外尔点出现在能带中电子和空穴口袋边界的交点，交点附近能??带严重倾斜，导致很强的能带各向异性，如图１．５。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Non-Stoichiometry Effects on the Extreme Magnetoresistance in Weyl Semimetal WTe2[J]. 龚吉祥,杨军,葛敏,王永建,梁丹丹,骆磊,严秀,甄伟立,翁士瑞,皮雳,张昌锦,朱文卡. Chinese Physics Letters. 2018(09)
[2]Topological nodal line semimetals[J]. 方辰,翁红明,戴希,方忠. Chinese Physics B. 2016(11)
本文编号：3532045
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２狄拉克半金与其他拓扑态的关系（ａ）狄拉克半金属可以向多种拓扑态转变；（ｂ）??
外尔点的拓扑保护特性使得贝利曲率积分后Ｘ不为零，而且两个不同手性的外尔??费米子Ｘ的符号是相反的。由于贝利曲率可以看作倒空间中的“磁场”，不同手性??的外尔点则可以看作倒空间的“磁单极子”，其物理图像如图１．３ｂ。此外，外尔半??金属具有连接体带外尔点的不闭合表面态，称为费米弧。同时费米弧具有自旋和??动量锁定的特征，上下表面的费米弧自旋动量锁定相反，如图１．３ａ。不闭合的费??５??
究的基础上，２０１５年翁红明等人［４４］预言破坏空间反演对称性的非磁性材料ＴａＡｓ??家族属于Ｗｅｙｌ半金属材料，同年，实验上利用ＡＲＰＥＳ观测到了?ＴａＡｓ的Ｗｅｙｌ??半金属特性［５，４５］（不闭合的费米弧和Ｗｅｙｌ点，如图１．４），随后，大量的实验和??理论工作迅速开展，越来越多的Ｗｅｙｌ半金属材料被相继发现，如ＴａＰ［４６］，?ＮｂＰ??等［４７］。??（ａ〉（ｂ）?Ｆｅｒｍｉ?ａｒｃｓ?（ｃ〉??Ｗｅｖｌ?Ｆｅｒｍｉｏｎｓ???．?ＴＫ?－〇．２?－??－６．１?０．０?０．１?－０．２?０?０．２??々ｖ?（入’??图１．４ＴａＡｓ中的费米弧和表面态特征（ａ）?ＴａＡｓ的晶格结构；（ｂ）?ＡＲＰＥＳ观测到的ＴａＡｓ??中的费米弧；（ｃ）?ＡＲＰＥＳ观测到的ＴａＡｓ中的两个手性相反的外尔点。图片取自文献??［４５］。??１．１．４?第二类拓扑半金属??随着狄拉克和外尔半金属的出现，理论预言在凝聚态物理中准粒子的激发可??以实现打破洛伦兹协变性的新型拓扑费米子，称为第二类外尔／狄拉克费米子，??对应的材料称为第二类外尔／狄拉克半金属。由于打破洛伦兹协变性，这类费米??子在高能物理中是不能存在的。在ＴａＡｓ、Ｎａ３Ｂｉ、Ｃｄ３Ａｓ２等材料中，狄拉克或外??尔点出现在导带和价带的交点（称为一类拓扑半金属）。但是在二类拓扑半金属??中，这些狄拉克／外尔点出现在能带中电子和空穴口袋边界的交点，交点附近能??带严重倾斜，导致很强的能带各向异性，如图１．５。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Non-Stoichiometry Effects on the Extreme Magnetoresistance in Weyl Semimetal WTe2[J]. 龚吉祥,杨军,葛敏,王永建,梁丹丹,骆磊,严秀,甄伟立,翁士瑞,皮雳,张昌锦,朱文卡. Chinese Physics Letters. 2018(09)
[2]Topological nodal line semimetals[J]. 方辰,翁红明,戴希,方忠. Chinese Physics B. 2016(11)
本文编号：3532045
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