Bi基低维材料电子结构与电场行为的模拟研究

发布时间：2023-07-27 08:26

　　拓扑绝缘体是一类具有奇异性质的新的量子态,它们具有许多新奇的性质(如无耗散的能量传输等),极有可能是实现量子计算的关键环节之一。然而由于它们的拓扑性质依赖于其内部的时间反演对称性,因此容易受到各种外部条件的影响(如杂质、缺陷、电场等)。其中,由于在材料应用过程中无可避免的会引入电场环境,使得电场对拓扑性质的影响显得尤为重要。在本文中我们将通过基于密度泛函理论的第一性原理方法研究掺杂和外部电场环境对拓扑绝缘体的电子结构的影响。本文以Bi基低维材料为主,通过运用以密度泛函理论为基础的第一性原理计算模拟了Bi_1-xSb_x、Bi₂Se₃、(Bi_0.5Sb_0.5)₂Se₃和Bi₂Te₂Se的晶胞模型和电子结构,通过对比模拟结果与实验的结果确定了模型的可靠性;通过比较Bi₂Se₃、(Bi_0.5Sb_0.5

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 量子霍尔效应简介与发展
        1.1.1 整数量子霍尔效应
        1.1.2 分数量子霍尔效应
        1.1.3 量子自旋霍尔效应与量子反常霍尔效应
    1.2 拓扑绝缘体
        1.2.1 二维拓扑绝缘体
        1.2.2 三维拓扑绝缘体
    1.3 Bi基拓扑绝缘体的研究现状
    1.4 第一性原理简介和相关软件介绍
        1.4.1 VASP程序包
        1.4.2 MaterialsStudio简介
    1.5 本论文的主要研究内容与结构
        1.5.1 论文内容
        1.5.2 论文结构
第2章 相关理论介绍
    2.1 密度泛函理论简介
        2.1.1 绝热近似
        2.1.2 单电子近似
        2.1.3 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.4 Kohn-Sham方程
        2.1.5 交换相关能量泛函
        2.1.6 密度泛函理论的研究进展
    2.2 能带计算方法
        2.2.1 平面波方法
        2.2.2 紧束缚近似方法
        2.2.3 正交化平面波方法
        2.2.4 赝势方法
    2.3 本章小结
第3章 Bi_1-xSb_x的电子结构与电场行为研究
    3.1 引言
    3.2 Bi_1-xSb_x模型晶胞的建立与结构优化
    3.3 Sb含量对Bi_1-xSb_x电子结构的影响
    3.4 电场对Bi_1-xSb_x电子结构的影响
    3.5 本章小结
第4章 Bi₂Se₃类拓扑材料的电子结构与电场行为研究
    4.1 引言
    4.2 Bi₂Se₃的电子结构与电场行为研究
        4.2.1 单QL结构的Bi₂Se₃的电子结构
        4.2.2 电场对Bi₂Se₃电子结构的影响
    4.3 (Bi_0.5Sb_0.5)₂Se₃电子结构与电场行为研究
        4.3.1 (Bi_0.5Sb_0.5)₂Se₃的电子结构
        4.3.2 电场对(Bi_0.5Sb_0.5)₂Se₃电子结构的影响
    4.4 Bi₂Te₂Se的电子结构与电场行为研究
        4.4.1 Bi₂Te₂Se的电子结构
        4.4.2 电场对Bi₂Te₂Se电子结构的影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3837678