基于硼纳米材料组装的拓扑半金属计算设计与性质研究

发布时间：2023-04-03 03:03

　　拓扑狄拉克材料有着独特的电子结构——其体能带在费米能级附近具有线性的交叉点,且在交点附近的每个方向上均为线性色散。更重要的是,这样的能带交叉特性受到晶体对称性的保护,因此它们在电子器件等领域中有着十分诱人的应用前景。随着研究的发展,目前已有大量的拓扑狄拉克材料被理论或实验所发现。然而,这些已发现的拓扑狄拉克材料往往包含重金属元素,不仅制造成本高,而且对环境不友好,非常不利于其实际应用。硼元素作为一种轻质元素,地球含量丰富,且无毒无害、用途广泛。当前,探寻性质优良的纯硼拓扑狄拉克材料,成为一项非常有研究价值的课题。基于此,本文以硼纳米材料为基元,采用自下而上的组装思路,预测了三种新奇的拓扑狄拉克节线半金属,具体结果如下:(1)以实验合成的二维三角硼烯为基元,通过堆叠组装的方式设计得到了稳定的三维硼异构相3D-borophene。其电子结构的计算发现,3D-borophene在费米能级附近存在线性狄拉克态,其能带反转受到镜面对称保护。全布里渊区的节点计算表明3D-borophene在第一布里渊区k_y=0有两条周期性连续分布的节线,为典型的拓扑狄拉克节线半金属。此外,通...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 轻元素中的狄拉克材料
    1.3 硼材料的研究进展
        1.3.1 硼团簇
        1.3.2 二维硼材料
        1.3.3 三维硼材料
    1.4 本文的研究内容和意义
第二章 理论计算方法
    2.1 第一性原理简介
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 Kohn-Sham方程
    2.2 交换关联泛函
        2.2.1 局域密度近似泛函
        2.2.2 广义梯度近似
    2.3 紧束缚模型
第三章 基于三角硼烯组装的拓扑节线半金属3D-borophene
    3.1 引言
    3.2 模型与计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电子结构
        3.3.2 节线以及各向异性
        3.3.3 拓扑性质
    3.4 小结
第四章 基于六角蜂窝硼烯组装的拓扑节环半金属Cmcm-B4
    4.1 引言
    4.2 模型与计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 结构与稳定性
        4.3.2 电子结构
        4.3.3 节线及各向异性
        4.3.4 拓扑性质
        4.3.5 超导性质
    4.4 小结
第五章 基于笼形B40团簇组装的拓扑节线半金属Cmm2-B40
    5.1 引言
    5.2 结构与计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 结构与稳定性
        5.3.2 电子性质
        5.3.3 拓扑性质
    5.4 小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文



本文编号：3780524