重稀土基half-Heusler合金的电子结构、磁性和输运性质研究

发布时间：2021-12-31 14:41

　　上个世纪80年代量子霍尔效应及相应各种新奇量子效应的发现开启了拓扑量子材料研究的新时代。由于其奇异的物性和巨大的应用前景成为凝聚态领域热门的研究课题。而拓扑量子材料在科研人员的努力下不断地发展继而出现了多个分支。他们根据不同的能带特征,可分为拓扑绝缘体、Dirac半金属、Weyl半金属、拓扑超导体和拓扑nodal line等。其中,Weyl半金属材料作为一种具有时间或者空间反演对称性破缺的拓扑半金属,具有丰富物性,如手性反常导致的负磁电阻、面内霍尔效应、非平庸的贝利相位和巨大的正磁电阻等。由于磁性Weyl半金属材料具有更加丰富和优异的性能,从而引起了人们的广泛关注。Half-Heusler合金作为一种古老的高度有序化的合金材料,元素范围分布广泛,具有丰富的合金体系。由于其类Hg Te的晶体结构,大量具有18价电子的无磁性Half-Heusler合金被预言为能隙未打开的拓扑绝缘体候选材料。在这些材料中发现了大磁电阻效应、线性磁电阻、超导以及弱反局域效应等。另外,具有磁性的half-Heusler合金被认为是一种外场诱导产生的Weyl半金属材料,并在材料中观察到了大的反常霍尔效应以及手性反... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

HgTe/CdTe量子阱中的能带

重稀土基half-Heusler合金的电子结构、磁性和输运性质研究2于这种拓扑绝缘体态，2013年薛其坤院士团队在磁性元素掺杂的Bi2Te3的薄膜中首次实现了量子反常霍尔效应。图1.1HgTe/CdTe量子阱中的能带。（a）HgTe和CdTe在Γ点附近的体能带。（b）在CdTe/HgTe量子阱中，当d<dc时为正常能带E1>H1，当d>dc时形成翻转的能带E1<H1。图中Γ8/H1为红色，Γ6/E1为蓝色。图片来自文献[4]。Figure1.1BulkbandsinHgTe/CdTequantumwell.(a)BulkbandofHgTeandCdTenearΓpoint.(b)CdTe/HgTequantumwellinthenormalregimeE1>H1withd<dcandintheinvertedregimeE1<H1withd>dc.RedandbluelinesrepresentΓ8/H1andΓ6/E1bands.Figurecomesfromreferece[4].图1.2表面态。（a）-(d)Sb2Se3、Sb2Te3、Bi2Se3和Bi2Te3的能带结构和表面态。图片来自文献[7]。

第1章绪论3Figure1.2Surfacestates.(a)-(d)BulkbandsandsurfacestatesforSb2Se3,Sb2Te3,Bi2Se3andBi2Te3.Figurecomesfromreferece[7].1.1.2拓扑半金属1928年，Dirac为了描述具有相对论效应的电子态，提出了Dirac方程。次年，H.Weyl指出Dirac方程中无质量解描述的是一对具有相反手性的新粒子，称之为Weyl费米子。而无质量的Dirac费米子可以看作是两个手性相反的Weyl费米子的叠加。当体系中同时存在时间反演和空间反演对称性时，一对手性相反的Weyl费米子将会湮灭为狄拉克费米子。相反的，空间反演和时间反演对称性任何一个被打破都会使得Dirac费米子分裂成一对手性相反的Weyl费米子。那么对于Dirac半金属和Weyl半金属与拓扑绝缘体在能带结构上有什么区别呢？如前所述，拓扑绝缘体中的导带和价带在强SOC作用下能带翻转并被完全打开，在带隙之间存在符合二维Dirac方程的表面态，如1.3（a）所示。而在拓扑半金属中，除了能带翻转之外，带隙并不会完全打开而会出现一些离散的交叉点，如图1.3（b）所示。交叉点附近能带结构表现出线性的色散关系，这样的交叉点称为节点或者Dirac锥和Weyl锥。根据节点的动量和自旋简并度又可以将材料分为拓扑Dirac半金属和拓扑Weyl半金属。图1.3拓扑绝缘体、Dirac半金属和Weyl半金属的能带特征。拓扑绝缘体和拓扑半金属中的


本文编号：3560437