拓扑非平庸材料以及铁磁半金属的第一性原理研究

发布时间：2017-12-07 05:10

  本文关键词：拓扑非平庸材料以及铁磁半金属的第一性原理研究

  更多相关文章： 对称性 拓扑不变量 拓扑绝缘体 非固有点群Dirac半金属 拓扑Dirac半金属 Weyl半金属 铁磁半金属

【摘要】：拓扑凝聚态物质的研究是21世纪初凝聚态物理中最有活力的一个领域之一。从拓扑绝缘体发现至今,拓扑的概念深入到凝聚态物理学的许多领域.推动了物理学的发展。从拓扑绝缘体到有机无机拓扑绝缘体.拓扑光子学.拓扑半金属,以及拓扑超导体,各个研究方向方兴未艾.齐头并进。在第一章中,我们先对物理学中的对称性做了一个简要的介绍,并且由此引申至凝聚态物理中的对称性和拓扑,简单介绍了拓扑绝缘体以及拓扑半金属的发展现状。第二个大部分则主要介绍了在理论计算中我们所使用的方法和工具。对第一性原理方法密度泛函理论做了简单的介绍。并在本章结束的时候介绍了一下主要使用的从头计算软件包VASP。在第二章中,我们主要利用密度泛函理论以及tight-binding (TB)方法来研究二维岩盐结构XBi(X=Sc,Y,La,Yb)化合物,有机无机(1,4-phenylene diisocyanide-贵金属(Au,Ag, Cu))网格体系的拓扑性质。通过加入自旋-轨道耦合(SOC)的体相能带,拓扑边缘态以及拓扑不变量Z2的计算,从而揭示出两种体系的非平庸拓扑性质。前者岩盐结构体系中存在较大的拓扑非平庸的能隙,为室温拓扑绝缘体的应用提供了一种可行的方法。而后者则在实验上首次被合成出来,从而拓宽了二维拓扑绝缘体家族。第三章,第一部分我们提出一种新的拥有非固有点群Dirac半金属态的稳定材料SnPbO3,并且通过元素替换的方法可将Dirac点调至费米面处.为实验合成观察提供了一种方案。并且通过拓扑Z2不变量的计算,我们发现在替换元素体系中,随着其中一个Dirac点的打开,特定的面比如Bi替换体系中(110)面是可以拥有非平庸拓扑表面态的。该研究结果拓宽了非固有点群Dirac半金属的物理特征。在第二部分中,我们预言了一族新拥有拓扑Dirac半金属态的XAuTe化合物材料。这种材料以前被为是拓扑绝缘体,经过我们的计算发现该体系拥有受拓扑和对称性保护的四重简并Dirac点。我们研究不仅澄清了人们对这种材料的认识,也扩展了拓扑Dirac半金属材料家族。并且在此基础之上,我们构建了拥有二型Weyl半金属态的超晶格结构。第四章,结合前一章节的理论计算,我们主要讨论了Weyl拓扑半金属的类型以及形成机制。并且在KAuTe拓扑Dirac半金属的基础之上,我们构建了拥有二型Weyl拓扑半金属态的超晶格结构,为实验上观测和研究该种Wey1拓扑半金属提供了理论计算方面的支撑。第五章,通过第一性原理计算方法,我们对一系列六角蜂窝状有机物金属网格(MOF)结构做了详细的研究.指出在这种结构中存在新奇的铁磁半金属性质,并且拥有很高的居里转变温度，，其中在1,3,5-苯三氰基-Au与1,3,5-苯三氰基-Cu中可以实现常温铁磁半金属态。通过详细的研究其磁性中心起源，与铁磁耦合机制.我们提出两点材料设计原则：(a)金属与有机分子强的电荷转移；(b)金属与有机分子共价键结合。只要满足这两点且能形成稳定的MOF网格,则就有可能实现铁磁半金属态。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O469

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本文编号：1261244