拓扑半金属和铁基超导材料的第一性原理研究

发布时间：2024-05-11 18:27

　　新型材料的物性和应用研究是凝聚态物理领域的重点。具有非平庸拓扑能带结构的拓扑电子材料,在边缘(二维系统)或表面(三维系统)会出现新奇的电子态,例如:拓扑绝缘体能隙中自旋分辨且具有线性色散关系的手性金属态、拓扑Dirac/Weyl半金属表面的费米弧和拓扑nodal line半金属的鼓膜表面态等。拓扑电子材料由于特殊的能带结构和拓扑特性,会表现出新奇的量子现象,是近十年来凝聚态物理领域研究的一个热点。另一方面,2008年超导转变温度高于40K的铁基超导材料的发现,在凝聚态领域再次掀起了高温超导的研究热潮,至今已整十年时间。铁基超导的发现为理解高温超导电在拓扑电子材料和铁基高温超导的理论研究中,基于密度泛函理论的第一性原理计算被广泛的应用,在解析电子结构、确定磁性基态、预言新材料等方面都起到了至关重要的作用。本论文运用第一性原理计算方法和k·p有效模型,在拓扑电子材料和铁基高温超导方面开展了一些研究工作。具体内容如下所述:预言了三元过渡金属氮化物ScTaN₂是三维拓扑Dirac半金属,并研究了该材料在破坏时间反演和C₃旋转对称性的拓扑相变。ScTa...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1导体和非导体的能带模型

第一章绪论究固体中电子运动的主要理论，它的成功之处就在于用固体为什么会有导体和非导体之分，有力地推动了凝聚理论中导体和非导体的能带模型，在非导体中，电子恰的各带全部是空的，因为满带不产生电流，所以尽管存中，除去完全充满的一系列能带外，还有只是部分被电到导电的作用[1,2]。

图1-2量子自旋霍尔效应边界态示意图

于石墨烯本身的自旋轨道耦合作用非常弱，系统验很难在石墨烯中观测到量子自旋霍尔效应。200，在一定厚度的HgTe/CdTe量子阱中，由于HgT道耦合作用下出现能带反转，系统进入非平庸拓图1-3给出了HgTe和CdTe的能带结构以及Hg国的实验组在HgTe/Cd....

图1-3(a)HgTe和CdTe在Γ点处的能带结构;(b)HgTe/CdTe量子阱示意图

国的实验组在HgTe/CdTe量子阱中观测到了自旋应效应的存在[13]。2008年，张首晟教授研究组实现量子反常霍尔效应[14]，也得到了实验的证实[的分子束外延生长技术和超低的实验温度，严苛的的困难也降低了应用的可能。图1-2量子自旋霍尔效应边界态示意图[11]。

图1-4（a）Sb的能带结构；（b）Bi的能带结构

拓扑绝缘体[38]。图1-4给出了单质Sb和Bi的能带结构，可以看出它们都谱结构，在T点存在一个空穴型的费米面，在L点存在一个电子型费米面属性质。付亮等人的研究发现，Bi1-xSbx合金的能带随着掺杂浓度x的变化能隙先闭合后打开的现象。如图1-5所示，....

本文编号：3970257