导读:本文包含了半金属性质论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:拓扑半金属,巨磁阻,双带行为
半金属性质论文文献综述
夏铭,张俊逸,刘森巍,张法盲,徐春强[1]（2019）在《第二类狄拉克半金属NiTe_2的合成及其物理性质研究》一文中研究指出主要介绍了第二类狄拉克半金属NiTe_2的合成和传输性质研究.发现NiTe_2在低温(T=2 K)、强磁场下(B=9 T)的磁电阻达1 300%.另外,其电阻率-温度曲线在低温下表现出磁场诱导的金属绝缘体转变.进一步的霍尔效应测量发现NiTe2在低温下表现出双带行为.这些物理性质都表明NiTe_2很可能是一种新型的第二类狄拉克半金属材料.因此,该材料为拓扑材料物性研究和新型拓扑材料的发现提供了新的载体与依据.(本文来源于《常熟理工学院学报》期刊2019年05期）
武敏[2]（2019）在《Dirac半金属Cd_3As_2纳米片的输运性质研究》一文中研究指出近几年,对拓扑半金属的研究是凝聚态物理领域的前沿和热点之一。由于动量空间中Weyl/Dirac点附近的电子能带结构具有非平庸拓扑特性,叁维拓扑半金属往往表现出许多奇特的物理性质,比如超高的载流子迁移率,负的纵向磁电阻(negative longitudinal magnetoresistivity,NLMR),平面霍尔效应(planar Hall effect,PHE),以及费米弧(Fermi-arc)表面态。相比于其他的拓扑半金属,Dirac半金属Cd3As2的电子结构相对简单,在费米能级处仅有一对受对称性保护的Dirac点,而且它还具有近似于球形的费米面。因此,Cd3As2为研究叁维Dirac/Weyl半金属中的奇特输运性质提供了一个很好的平台。本文以Cd3As2纳米片为研究对象,用化学气相沉积的方法制备了高质量的Cd3As2纳米片单晶,用电子束曝光技术制备的标准的Hall-bar纳米器件,系统地研究了纳米片单晶的磁输运性质。具体的研究内容和结果如下:1)Cd3As2纳米片中的手性异常效应手性异常是拓扑半金属一个重要的输运特征,实验上常常把NLMR视为手性异常存在的证据,但NLMR也可以由其他机制导致。最近理论表明,实验上同时观测到NLMR和PHE可以作为手性异常存在的证据。在这一章,我们对高质量的Cd3As2纳米片中PHE进行了研究。实验发现,当磁场B与电场E相平行时,低温下观测到了比较大的NLMR。当面内旋转磁场时,观测到了与角度呈cos2 θ关系的平面纵向磁电阻ρxx,且当减去实验位置误差造成的磁阻分量后,得到的平面横向磁电阻ρPHExy表现出～sinθcosθ的行为,这与理论计算相一致。进一步的实验证明,随着温度的升高,NLMR和PyHE是同步减小的,且室温条件下依然存在,揭示了这两个效应具有相同的物理起源,即手性异常。在弱场极限下和量子极限下,ρPHExy的幅值与磁场分别成平方和线性关系。此外,我们还通过实验和理论分析排除了current jetting效应。我们的输运结果给出了在Weyl费米子系统中手性异常存在的确切证据。2)Cd3As2中费米弧表面态诱导的量子振荡Fermi-arc表面态最直接的观察手段是角分辨光电子能谱,但目前还没有在Cd3AS2上观测到Fermi-arc。理论表明,表面态Fermi-arc可以形成Weyl轨道,进而贡献量子振荡。在这一章,我们对Cd3As2中的Weyl磁轨道进行了量子振荡研究。实验发现,当磁场垂直于样品表面时,高场下Cd3As2纳米片存在一个额外的迭加在叁维体态振荡中的二维量子振荡。通过对振荡周期对角度依赖的分析并结合理论计算,给出了高场下额外的二维量子振荡来源于上下表面Fermi-arc形成的Weyl磁轨道。此外,我们用非局域测量方法,发现Fermi-arc表面态振荡变得更加明显,而体态振荡被有效的抑制了。因此,我们的实验研究提供了一种研究Dirac/Weyl半金属中表面态Fermi-arc量子输运性质的有效方法。3)热处理调控Cd3As2纳米片的载流子浓度传统的调控技术一般要求样品的厚度很薄,而Dirac半金属Cd3As2在厚度小于60 nm时,体态会打开能隙并转变为能带绝缘体。因此,需要一种可行的方式有效调节半金属Cd3As2单晶的载流子浓度。我们的实验研究表明热循环处理可以有效的调控Dirac半金属Cd3As2纳米片的载流子浓度。随着热循环处理次数的增加,载流子浓度和迁移率会发生反常的演化。进一步的研究发现,随着体态费米能级的增加,表面态Fermi-arc的振荡以及手性异常导致的NLMR都会被明显地抑制,并且体态振荡的相位因子会发生反常移动。另外,我们还发现由于表面态与体态间的强耦合,Fermi-arc振荡会导致高场下叁维体态振荡峰位置的移动。因此,我们的实验结果为有效调控Cd3As2纳米片中的载流子浓度提供了一种可行的方式。4)高温下负纵向磁电阻与弱反局域化效应的竞争我们系统的研究了高质量的Cd3As2纳米片中纵向磁电阻与弱反局域化(weak antilocalization,WAL)效应的竞争。实验发现,当外加磁场平行于电流时,在低温弱场下WAL效应导致的正磁阻几乎淹没了手性异常导致的NLMR。随着温度的升高,WAL效应逐渐地减弱并在200 K消失。相反地,NLMR在逐渐地增大,且在室温下依然存在。利用弱场下的半经典公式对实验测量数据的拟合,进一步地确认了NLMR和WAL这两个效应在高温下的竞争关系。经过仔细的分析,得到在Cd3As2纳米片中观测到的高温下NLMR和WAL间竞争关系可以归结为Cd3As2纳米片样品较低的载流子浓度。此外,我们还揭示了在外加磁场平行于电流时,实验上观测到的纵向磁阻由负变正所对应的临界磁场Bc,是体系进入量子极限状态的标志,而且非饱和的线性纵向磁电阻可以用线性量子磁阻理论来解释。我们的实验结果对深刻的认识拓扑半金属中奇特的磁输运性质具有重要的意义。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）
梁丹丹[3]（2019）在《新型拓扑半金属材料及阻挫铱氧化物的电输运行为和磁性质研究》一文中研究指出近年来,寻找新型的、可实际应用的材料一直是凝聚态物理学研究的热点之一。其中拓扑材料以及量子自旋液体材料是目前研究比较多的两大类。拓扑材料具有丰富的电、磁特性,促使其拥有很大的应用潜力,尤其是在未来量子计算、量子通信等方面的应用深受期待。从叁维的拓扑绝缘体,到量子反常霍尔效应,再到外尔半金属,再到拓扑量子材料的设计、制备、表征以及应用的研究,凝聚了大批国内外研究者的心血。另外,几何阻挫结构导致的量子自旋液体也是当前研究一个的热门。量子自旋液体中的自旋虽然是无序排列的,但是它们之间存在着长程的量子纠缠,将来可能被用于量子通讯。另外,对量子自旋液体的研究也有助于高温超导机制的理解。拓扑材料和量子自旋液体材料具有丰富的物理性质和广大的应用前景,但这方面的研究才刚刚起步,亟需更多、更加深入的研究。本论文中,我们利用助溶剂法制备了高质量的拓扑半金属材料DySb和Weyl半金属材料MoTe2,并借助强磁场、低温等手段结合理论计算研究了这两种材料的基态拓扑行为。另外,我们利用高温熔融法制备了多晶铱氧化物材料Bi2Ir2-xMnx07和Ba3MgIr209,测试了材料的结构性质、加磁场下的电输运行为以及低温下的热力学性质。分别研究了这两种具有几何阻挫磁结构的铱氧化物的基态磁性质。第一章介绍了新型拓扑材料的研究进展,按照不同的形成机制介绍了霍尔效应的分类及相应的电输运行为和磁性质。随后详细介绍了拓扑绝缘体和拓扑半金属的相关研究进展。最后介绍了SdH的原理和数据分析方法,ARPES技术的原理,四电极法和六电极法的原理和注意事项。第二章从理论和实验两方面对单晶DySb材料的能带结构以及电输运性质进行了详细的研究。利用Sn做助溶剂在高温下制备了高质量的DySb单晶样品,并利用EDX、XRD以及PPMS,SQUID等手段测试研究了单晶DySb的晶体结构和基本电、磁性质。研究表明,37 T强磁场下的磁阻呈现出明显量子振荡和巨磁阻效应。通过量子振荡数据分析和第一性原理计算对材料能带结构进行了研究;低温1.8 K的量子振荡数据分析发现了4个不同频率的主峰,说明多条能带穿过费米面。在铁磁构型和考虑自旋-轨道耦合情况下,第一性原理计算表明在费米面以下存在能带反转,DySb可能是拓扑非平庸的半金属态。材料中出现的巨磁阻效应与拓扑非平庸的线性能带分布导致的高电子迁移率有关。第叁章介绍了第二类Weyl半金属Td-MoTe2中的平面霍尔效应。利用自助溶剂法制备了高质量的单晶MoTe2样品,利用六电极法测量了不同温度T和不同磁场H下的霍尔电阻ρyx PHE以及横向电阻ρxx随磁场在解离面(a-b面)内转动角度θ的变化规律。实验上获得的平面霍尔电阻和横向电阻随θ的变化规律可以用相关理论公式很好地描述。我们认为各向异性电阻△ρchiral的变化主要来源于轨道磁阻引起的ρ⊥(外加磁场垂直于电流方向时的横向电阻)的增加而不是手性反常导致的P||(外加磁场平行于电流方向时的电阻)的减小。相比于手性反常作用,轨道磁阻起主导作用,对平面霍尔电阻的贡献更大。也正是由于存在很大的轨道磁阻,所以在这种Weyl半金属材料中很难观测到手性反常导致的负磁阻现象,而只有同时观察到负磁阻时,测到的平面霍尔效应才可能与手性反常有关。第四章介绍了烧绿石结构的铱氧化物Bi2Ir2-xMnxO7的电、磁性质。我们利用高温熔融法烧制了x-=0,0.05,0.1,0.15,0.2五种不同组分的Bi2Ir2-xMnxO7多晶样品,并利用EDX和XRD对样品的实际组分以及结晶程度进行了测定。磁性研究发现,随着Mn元素的掺入,材料的反铁磁性先增强,随着Mn掺入量的不断增加,反铁磁性出现由强变弱的趋势。这种磁性的变化主要归因于Ir-Ir之间的反铁磁相互作用,Ir-Mn之间的反铁磁相互作用以及Mn-Mn之间的铁磁相互作用叁者之间的激烈竞争。电输运行为测试分析结果表明,随着Mn4+离子的引入,材料由金属态向绝缘态转变。这种现象的出现与掺杂引起电子局域化的增强有关。低温下Bi2Ir207表现出正磁阻现象,而掺杂样品全部为负磁阻。磁阻的变化与掺杂引起的金属-绝缘体转变相呼应,说明3d-Mn元素对5d-Ir元素的替代对材料的磁性以及电输运性质具有很大的影响。第五章首先介绍了低温比热的几个主要来源,随后仔细研究了多晶铱氧化物Ba3MgIr209在极低温(温度低至0.4 K)下的电、磁和热力学性质。利用GGA,GGA+U(2 eV),GGA+U(2 eV)+SOC叁种模型,计算了不同磁基态的能量态密度。计算结果表明,考虑自旋-轨道耦合和库伦相互作用的GGA+U+SOC模型下的第一类反铁磁结构AFM1(二聚体Ir2O9内部和之间的Ir5+离子之间均为反铁磁作用)的能量最低,且存在能隙。低温磁化率和比热测试分析发现,直到0.4 K仍然没有出现磁有序。磁化率的居里-外斯拟合结果分析表明,这种材料中存在反铁磁相互作用,与理论计算的AFM1磁构型相符合。另外,多晶Ba3MgIr2O9样品中存在很少量的(少于1‰)的Ir4+离子,导致有限的铁磁矩1.4×10-3μB/Ir的存在。极低温下体系仍然处于量子自旋液体态,主要是由于a-b面内存在强叁角阻挫结构。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-04-01）
郭春利[4]（2019）在《Weyl半金属—超导体系的输运性质》一文中研究指出本文通过非平衡格林函数方法研究了Weyl半金属-超导体系的输运性质,采用的模型是Weyl半金属-超导体两端口系统,主要计算了系统的Andreev反射系数,研究了Weyl半金属拓扑边界态对系统Andreev反射的影响。本文研究了在二维情况特定参数以及叁维情况下,磁性Weyl半金属-超导体系的Andreev反射,结果表明系统均发生Andreev反射现象。当电子沿Z方向入射时,由于Weyl半金属边界态电子在Z方向上运动速度为零,所以此时只有体态参与系统Andreev反射,与Weyl半金属拓扑边界态无关。随着费米面的升高,Weyl半金属的态密度增大,参与系统Andreev反射的体态增多,系统Andreev反射增强。当电子沿Y方向入射时,此时Weyl半金属边界态电子运动方向与入射电子运动方向一致,所以拓扑边界态和体态均参与系统的Andreev反射。Weyl半金属在Y方向和Z方向上的各向异性,导致了电子沿Y和Z方向入射时系统的Andreev反射强度不同。继而研究了Weyl半金属拓扑边界态对系统Andreev反射的影响,结果表明Weyl半金属拓扑边界态对系统Andreev反射影响较大。当Weyl半金属拓扑边界态消失后,系统Andreev反射被抑制。随着费米能级的升高,Weyl半金属的体态逐渐占据系统Andreev反射的主导地位,而拓扑边界态贡献逐渐变小。(本文来源于《河北师范大学》期刊2019-03-20）
孙凯[5]（2019）在《半金属表面上分子转子与马达的制备及其转动性质的STM研究》一文中研究指出纳米材料指的是在叁个维度空间中有一个或多个维度的尺寸处于纳米级别材料。因其具有与宏观体材料不同的一些奇特的物理化学性质,近年来引起了全世界科学家们的广泛关注。在这些纳米材料中,在分子尺度上能够完成某种特定功能的“分子机器”尤其吸引了研究人员的兴趣。虽然尺寸很小,但是它能够实现与传统机器同样的功能。目前,科学家们已经成功制造出了微型电梯、微缩分子肌肉、分子马达、分子汽车、分子钳等一系列微型分子机器。分子马达(motor)作为其中一个重要的研究分支,是一种能够将外界能量如电能、光能及化学能等转换为分子的定向运动或转动的分子机器。扫描隧道显微镜非常适合研究固体表面的分子马达的结构和转动性质,它不但能够监测单个分子的转动,而且还能研究分子转动随温度、外场、隧穿电子的能量的变化关系,以及近邻分子对转动的影响。然而,目前关于固体表面上分子马达的报道大多数都是单分子马达,鲜有关于固体表面上超分子马达的制备和性质相关研究的报道。水是自然界最常见的物质,也是生命体必不可少的物质,因此深入研究水与固体表面相互作用能够解决与人类生活息息相关的若干重大问题。近年来,水化电子在水结构中的溶解机制的研究已经发展成一个热点课题。水化电子化学活性强,在处理水污染和大气防治中有独特的优势。同时它也是辐射生物体系中重要的中间产物,在高能辐射过程中会对人体健康造成极大威胁。因此关于水化电子的研究将为物理化学、辐射生物学和环境科学等领域带来深刻影响。目前科学家们在研究水化电子在不同水结构的溶解机制上取得了很多重要的成功,但利用STM直接观察并测量到的水化电子结构目前还很少,尚没有利用水化电子团簇诱导分子链转动形成分子马达的相关报道。本文将围绕上述问题,利用超高真空低温扫描隧道显微镜对酞菁铜(CuPc)在半金属Bi(111)表面上的偏心转动与吸附取向转变、乙醇分子在石墨表面上基于氢键和充电态诱导的超分子马达以及水在石墨表面上基于水化电子诱导下的超分子马达的性质和机制进行了系统研究。具体研究内容如下:1.CuPc分子在半金属Bi(111)上的偏心转动与吸附取向转变利用分子束外延技术向半金属Bi(111)表面上制备了CuPc分子的自组装结构。在液氮温度下,单个CuPc分子在衬底Bi(111)表面上做偏心转动,当它陷入衬底表面的缺陷或遇到另一个CuPc分子停止转动。在亚单层薄膜中,非手性CuPc分子以“平躺”的方式吸附,并呈现了一定的手性特征。这可归因于分子-衬底间非对称的电荷转移和分子-分子间范德华相互作用的联合作用。在多层薄膜中,CuPc分子采取了“直立”的吸附方式。同时,随着覆盖度的增加,分子的吸附取向发生了由亚单层结构中的“平躺”到多层结构中“直立”的取向转变。2.石墨表面上乙醇分子在氢键和充电态作用下形成的超分子马达乙醇分子在石墨表面上能够形成不同尺寸和分子构型的团簇。利用STM针尖对单个团簇施加电压脉冲,团簇会被隧穿电子充电成为一个负电性团簇。带电团簇能够捕捉具有永久偶极矩的分子链,乙醇分子链围绕其做顺时针或逆时针的随机转动形成一个超分子转子。通过在分子链中引入手性分支可以抑制分子链的手性翻转,从而实现安装在固体表面上的具有顺时针手性特征的超分子马达。3.石墨表面上基于水化电子诱导下的水超分子马达利用变温沉积法在石墨表面制备了不同构型的水团簇和分子链。通过STM针尖施加电压脉冲的方法向水团簇中注入隧穿电子,水团簇接受一个水化电子后由电中性转变成负电性,能够通过静电相互作用吸引拥有偶极矩的水分子链。水分子链可以围绕负电水团簇做随机转动,形成一个表面安装的超分子转子。通过改变分子链的手性以增加分子链在某一转动方向上的转动势垒,可以实现方向性转动的分子马达。超分子马达的手性特征表明,水分子链的构型是实现方向性旋转的关键因素之一。(本文来源于《西南大学》期刊2019-03-15）
刘晓雄[6]（2019）在《F(?)3m空间群拓扑Weyl半金属的电子性质研究》一文中研究指出从量子霍尔效应发现到现在,拓扑材料的研究得到了迅猛发展,尤其是最近十年的时间,多种类型的拓扑材料被相继提出。如今,不仅是电子体系,在光子,声子,磁子等体系中,也引入了拓扑材料的概念。其中,拓扑电子材料是我们研究的重点。拓扑电子材料的边界态使得原本相对杂乱传输的电子更加的整齐。尤其是Weyl半金属的费米弧,作为一个高效的导电通道有望降低电子器件的热耗散。并且拓扑材料对于外界微扰的抵抗力也使得他们更加有应用价值。在拓扑材料的研究中,我们使用了第一性原理计算的方法来做数值模拟。数值模拟在凝聚态领域中是理论与实验之间紧密联系的纽带之一,叁个支柱相辅相成,使得电子性质的研究更加清晰。我们基于第一性原理在F(?)3m空间群的晶体中预测了一个可能的无磁Weyl半金属CrAlTiV,结合之前他人预测的F(?)3m空间群的无磁Weyl半金属分别进行了k·p模型分析和能带表示的讨论。在第一章和第二章,首先,我们简要介绍了拓扑材料的发展历程,并在其中夹杂了拓扑能带论的基本知识。其次,我们对一些理论知识和计算方法进行了介绍。对于第一性原理依靠的密度泛函理论,我们介绍了Hartree-Fock理论,Thomas-Fermi理论,HohenbergKohn定理,Kohn-Sham方程和交换关联泛函;我们还介绍了用来构造紧束缚模型的Wannier函数,紧束缚模型用于投影表面态;我们还介绍了拓扑能带论的重要概念Berry相。最后我们简要介绍了计算所依据的计算软件工具。在第叁章,我们预言了无磁的违背中心反演对称性的四元Heusler化合物CrVTiAl是一个Weyl半金属候选者。在不考虑自旋轨道耦合效应的时候,我们在整个第一布里渊区中发现了24个有相同能量的Weyl点。在考虑自旋轨道耦合情况的时候,每一个先前的Weyl点劈裂为两个手性相同的Weyl点。在(111)投影表面,我们可以清晰的看到费米弧。在轻微的形变影响下Weyl点的数目和手性不发生改变。在第四章,我们介绍了同为F(?)3m群的无磁性Weyl半金属InSTl。其Weyl点与CrVTiAl的Weyl点有相同的性质,即,不考虑自旋轨道耦合效应的时候在布里渊区边缘有Weyl点,考虑自旋轨道耦合效应的时候劈裂成自旋相同的Weyl点。随后,我们使用k·p模型对InSTl和CrAlTiV的有效哈密顿量进行了分析。在第五章,我们分别在不考虑自旋轨道耦合的情况和考虑自旋轨道耦合的情况下分析了空间群F(?)3m的能带表示。在不考虑自旋轨道耦合的情况下,对于InSTl的p轨道,在高对称线V上产生了一个二重简并点,就是所预测的Weyl点。在考虑自旋轨道耦合的情况下,能带的反转发生在V高对称线上。使得在原子极限下本来不应该有关联的两个能带表示需要进行组合才能对晶体的能带进行表示。也就是他们两个共同组成一个基础能带表示。同时也证明这些能带中会有拓扑非平庸的电子态。第六章,总结了本文的工作,并且展望了今后的工作。(本文来源于《兰州大学》期刊2019-03-01）
张婷婷[7]（2018）在《拓扑半金属的能带计算和电子性质研究》一文中研究指出石墨烯及叁维拓扑半金属因承载着深刻的物理内涵和蕴含着巨大的潜在应用价值而在凝聚态物理领域受到广泛的关注。石墨烯及叁维Dirac和Weyl半金属的低能准粒子具有特殊的线性色散,遵从高能物理中的Dirac或Weyl方程,迥异于传统的二次型色散的薛定谔费米子。理论研究表明,由于特殊的色散形式,石墨烯及叁维Dirac和Weyl半金属表现出非常多的新奇特性。随着拓扑半金属材料研究的逐渐深入,人们发现一些高能物理中的基本对称性,如:洛伦兹对称性和粒子空穴对对称性等,在凝聚态物理中并不是必须的。对称性约束的减少也即意味着,相较于高能粒子的分类,凝聚态物理中的准粒子种类更加丰富。具体表现为:Weyl(Dirac)锥可以倾斜、能带节点的简并度可以为3、6和8以及能带节点的维度可以为一维(Nodal line)和二维(Nodal Surface)。超越Weyl和Dirac费米子的新型费米子的提出为当今拓扑半金属材料的研究注入了新的活力,而这也对当前第一性原理计算研究提出了新的要求:寻找理想的新型费米子材料为以后的实验制备和观测提供理论指导。另外,对于典型的二维半金属材料石墨烯,理论计算表明,锯齿形边界和扶手椅型边界具有不同的物理特性,但是实验上制备具有严格规整边界的石墨烯纳米结构还具有的一定挑战性。如何控制石墨烯的边界和制备周期性纳米结构,从而调控其电学输运特性目前仍是石墨研究烯领域的一个重点关注问题。本论文首先采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,预言了两种相对理想的新型拓扑半金属材料,并对其相关物性进行了理论探讨。同时,我们制备了高质量的锯齿形边界石墨烯反点网络结构,并研究了周期调控势对石墨烯中载流子输运性质的影响。本文研究成果如下:1.基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们在225号点式空间群Zr O体系中预言了新型费米子。当忽略自旋轨道耦合作用时,Zr O体系是第二类色散的叁重简并点以及叁带节线半金属。当考虑自旋轨道耦合作用后,Zr O是第二类色散的狄拉克半金属。2.基于第一性原理计算,我们在194号非点式空间群BaTiS_3体系中预言该体系为交叉型节线半金属。与以往研究不同之处在于,BaTiS_3中的交叉型节线半金属是由受体系的六个镜面保护的六个环交叉组成。此外,对该体系的电子能带结构计算表明,体系中节线环的大小可以通过应力调控。3.基于氢等离子体各向异性刻蚀技术,结合范德瓦尔斯异质结转移技术和微加工方法,我们制备了锯齿型边界的石墨烯反点网络。电学输运和磁输运均表明,通过该方法制备的石墨烯反点网络样品质量很高。在低磁场下,我们观测到了石墨烯中载流子围绕一个反点网络运动的公度震荡峰;当磁场逐渐增加时,可以观测到sdH震荡到量子霍尔效应的转变。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2018-06-01）
熊枫[8]（2018）在《具有节线圈拓扑半金属的拓扑及输运性质的理论研究》一文中研究指出经过最近十几年的研究,拓扑在凝聚态领域已经取得了丰硕的成果。其中,拓扑半金属是继拓扑绝缘体之后成为大家关注的热点之一。目前拓扑半金属大家族成员包括,Dirac半金属,Weyl半金属和拓扑节线半金属等等。那么在布里渊区具有不同几何构型的拓扑半金属体系的边界态的性质如何,成为人们关注的焦点之一。比如,体态具有相反手征的Weyl点会产生受拓扑保护的费米弧边界态,且在ARPES实验中也观察到了费米弧的存在。最近地,人们发现对于体态费米面的拓扑结构是一维的节线体系,由于受到特殊的PT对称性保护,其呈现出受拓扑保护的鼓面状边界态。因此,无论是从理论模型的构造,还是从第一性实际材料的预言,探索这一类具有不同拓扑构型的节线半金属的物理性质变得十分迫切和意义非凡。第一章对拓扑大家族背景做了简要阐述,其中着重介绍了 Weyl(Dirac)半金属的研究发展背景,并且引申到最近发现的拓扑节线半金属的相关进展。第二章主要是利用传输矩阵,我们发展了一套解析求解半无限大的晶格紧束缚模型体系的边界态的理论方法。通过讨论与原薛定谔方程等价的系数参数方程,我们细致地分析了存在局域边界态下的参数条件以及对应的波函数的衰减形式。我们发现两大类衰减形式的波函数,平行和非平行模式。经验证,此方法在不同边界类型的2D(3D)石墨结构,Weyl半金属和超导等体系应用良好。第叁章介绍的是在一个Weyl节线圈半金属的理论模型的基础上,我们发展出了 一套构造具有PT对称性保护的拓扑节线圈体系的一般方法。该方法可以在一个理论框架下,实现拓扑网状半金属态,Hopf环绕半金属态,拓扑链状半金属态和非嵌套环绕态等多个拓扑半金属。以最简单的两个节线圈模型为例,通过计算和比较上述不同拓扑半金属态的边界态,发现他们都呈现出受手征保护的鼓面状的边界态。此外,通过加入磁场计算朗道能级,发现Hopf嵌套的节线圈半金属总是存在四重简并的零能平带,这个特点可以区分Hopf嵌套和非嵌套体系。第四章我们研究节线圈半金属和正常金属结之间的输运性质,主要探讨了节线圈与界面的几何位置因素和节线圈的自旋构型因素对输运性质的影响。第五章我们对本文的工作进行了总结,并提出几个与拓扑节线圈半金属相关的开放性问题,为将来研究提供参考。(本文来源于《南京大学》期刊2018-05-01）
付东之[9]（2018）在《WTe_2、PtTe_2等第二类拓扑半金属的输运性质研究》一文中研究指出外尔半金属是继拓扑绝缘体的研究之后又一广受关注的新型拓扑相。它的典型特征是具有相反手性电荷的外尔点在体内成对出现,而在布里渊区的表面会出现开放的费米弧。无质量且具有特定手征性的外尔费米子可以看作是外尔点附近的低能激发。在作者攻读博士学位期间,外尔半金属及相关领域快速发展,重要成果不断涌现。第一性原理计算和ARPES(angle-resolved photoemission spectroscopy)实验分别在拓扑材料的预言与鉴定方面发挥了重要作用,而输运研究为外尔费半金属未来的电子器件应用奠定了基础。继TaAs家族被证实为外尔半金属后不久,一种新型的外尔半金属——第二类外尔半金属,开始引起了人们的普遍关注。由于打破了洛伦兹不变性,第二类外尔半金属具有不同于第一类拓扑半金属的奇特性质:动量空间的Klein隧穿、磁场选择性的手性反常及固有的反常霍尔效应等。我的工作主要集中在第二类外尔半金属WTe2的器件调控,另外还对第二类狄拉克半金属PtTe2的量子振荡做了一些研究,主要研究成果如下:(1)在第一项研究中,作者借助双束电镜的Ga+离子束,开展了第二类外尔半金属WTe2纳米器件的调控实验。对WTe2纳米器件进行Ga+离子注入,会在样品中引入弗伦克尔缺陷和替位缺陷,缺陷的引入会进一步导致载流子性质和费米面的变化,这些变化将会对器件的电输运性质产生调控效果。离子注入前后样品的电输运数据分析表明,晶格缺陷的引入降低了载流子的浓度和迁移率,进而导致磁阻的衰减。结合拉曼光谱定量分析与第一性原理计算,可以确定Te的弗伦克尔缺陷为Ga+离子注入在WTe2器件中引入的主要缺陷类型。利用第一性原理计算,作者还研究了一定浓度的不同晶格缺陷对能带结构和费米面位置的影响。与传统的背栅调节有别,离子注入可以打破静电屏蔽作用对背栅调节深度的限制,实现对更厚器件的有效调控。(2)在第二个工作中,作者系统研究了 Mo掺杂对WTe2纳米器件电输运性质的调控。WTe2与MoxW1-xTe2都被理论计算预言是第二类外尔半金属,并且得到了 ARPES实验或者输运实验的证实。有关这个体系纳米器件的对比实验却鲜有报道,这是作者开展这个工作的主要原因。通过两带模型分析,可以发现Mo掺杂会抑制电子和空穴的迁移率,浓度越高,迁移率越低,这是Mo掺杂导致样品磁阻减小的主要原因。有趣的是,WTe2中电子-空穴载流子平衡没有被Mo的掺杂所打破。SdH(Shubinikov-de Haas)振荡分析表明,Mo掺杂会抑制振荡幅度,Mo掺杂浓度越高,观察到振荡频率越少,但在MoxW1-xTe2中观察到的这些频率似乎分别对应于WTe2中的四个频率或其中一部分。同时可以发现各个频率的有效质量会随着Mo浓度的增加而增大,而量子迁移率却随之减小。在这个工作中,作者完成了对WTe2与MoxW1-xTe2两种第二类外尔半金属的系统的对比研究,了解了 Mo掺杂对WTe2纳米器件的输运调控效果。(3)在第叁个工作中,作者研究了第二类狄拉克半金属PtTe2的dHvA(de Haas-vanAlphen)效应,并结合第一性原理计算,加深了对PtTe2电子结构的理解。第二类外尔半金属发现以后,人们一直都在考虑是否存在打破了洛伦兹不变性的狄拉克半金属,PtSe2家族的发现证实了第二类狄拉克半金属的存在。虽然PtTe2的拓扑性得到了 ARPES实验的证实,但有关输运性质研究却鲜有报道。作者测量了 PtTe2晶体的等温磁化曲线,在面内面外磁化曲线中都观察到了强烈的dHvA效应。量子振荡分析表明,PtTe2的有效质量与PdTe2相当,而量子迁移率要明显高于后者,可以看出PtTe2具有比PdTe2更加优越的输运特性。根据第一性原理计算,我们进一步证实了 PtTe2的拓扑性,并确定了不同振荡模式的起源。值得一提的是,在dHvA振荡中我们还观察到了参与第二类狄拉克锥形成的电子费米口袋。(本文来源于《南京大学》期刊2018-04-01）
胡训武[10]（2018）在《外尔半金属及黑磷的电磁输运性质的研究》一文中研究指出本文从理论上研究了外尔半金属和黑磷材料的电磁输运性质。我们的研究包括外尔费米子的基本物理特征和利用这些输运特性在微电子结构中实现电子器件的功能,以及基于第一性原理模拟计算并分析黑磷纳米器件的输运性质。全文分为如下五个部分:第一章为绪论,主要介绍近年纳米材料和纳米器件的研究背景,研究动机和一些重要的研究进展。尤其关注近年来吸引众多研究者兴趣的外尔半金属和黑磷材料。介绍本论文采用的理论方法,简单的介绍了散射矩阵的方法和紧束缚近似模型,Hatree-Fock方法与密度泛函理论。第二章我们研究了双磁垒下外尔半金属的电子输运,我们从理论上研究了外尔半金属中电子在不同构型磁垒下的输运性质。我们发现具有方向依赖性的电子隧穿效应,该隧穿效应可以由磁场的构型和门电压加以调控。对于双层Delta函数型磁垒的情况下,动量过滤效应变得更加显着。电子在输运过程中出现了很多Fabry-Perot共振态,两个磁垒之间的间距可以调控该共振态振幅的大小。磁场和电势垒的组合效应可以加剧平行和反平行磁化结构的电子输运的差异,因此导致巨大的磁阻效应。第叁章我们研究了周期磁场下外尔半金属中电子的输运性质,我们理论上研究了方形和Delta函数型平行磁化结构的输运和电导。我们发现通过周期势垒结构的电子输运取决于入射角、费米能、磁场和门电压。在这个系统下,通过改变磁场和超晶格层数可以显着调制隧穿的磁阻效应。我们发现电子透射几率展示了一个有趣的动量过滤性质,这个性质可以通过调制入射角度和费米能量和磁场以及两个势垒之间的宽度加以调控。在方形周期磁垒的情况下,超晶格层数的增加能显着的增加其动量过滤性质。而在Delta函数型周期垒的情况下,其动量过滤性质与超晶格层数无关。这些研究为我们提供了一个调控电子输运的有效方法和利用外尔半金属材料构建电子器件的新的方案。第四章我们研究了边缘修饰的锯齿形黑磷纳米器件的负微分电阻现象。首先我们探讨不同原子边缘饱和的锯齿形黑磷纳米带的能量相对稳定性,在优化电子结构后,我们对边缘饱和的锯齿形黑磷纳米带的稳定性进行了系统的研究。然后探究不同边缘饱和原子对黑磷纳米带能带结构的影响。最后计算了由N、H、O原子边缘饱和的锯齿形黑磷纳米器件的自洽计算电流-电压的伏安(I-V)特性。发现这样的器件表现出与边缘饱和原子依赖的输运特性,呈现出多峰负微分电阻效应的特征。特别的,对于O原子的边缘饱和,可以得到非常大的负微分电阻现象,这为今后构建新的负微分电阻器件打下理论基础。第五章是本论文的简要总结。(本文来源于《长沙理工大学》期刊2018-04-01）
半金属性质论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
近几年,对拓扑半金属的研究是凝聚态物理领域的前沿和热点之一。由于动量空间中Weyl/Dirac点附近的电子能带结构具有非平庸拓扑特性,叁维拓扑半金属往往表现出许多奇特的物理性质,比如超高的载流子迁移率,负的纵向磁电阻(negative longitudinal magnetoresistivity,NLMR),平面霍尔效应(planar Hall effect,PHE),以及费米弧(Fermi-arc)表面态。相比于其他的拓扑半金属,Dirac半金属Cd3As2的电子结构相对简单,在费米能级处仅有一对受对称性保护的Dirac点,而且它还具有近似于球形的费米面。因此,Cd3As2为研究叁维Dirac/Weyl半金属中的奇特输运性质提供了一个很好的平台。本文以Cd3As2纳米片为研究对象,用化学气相沉积的方法制备了高质量的Cd3As2纳米片单晶,用电子束曝光技术制备的标准的Hall-bar纳米器件,系统地研究了纳米片单晶的磁输运性质。具体的研究内容和结果如下:1)Cd3As2纳米片中的手性异常效应手性异常是拓扑半金属一个重要的输运特征,实验上常常把NLMR视为手性异常存在的证据,但NLMR也可以由其他机制导致。最近理论表明,实验上同时观测到NLMR和PHE可以作为手性异常存在的证据。在这一章,我们对高质量的Cd3As2纳米片中PHE进行了研究。实验发现,当磁场B与电场E相平行时,低温下观测到了比较大的NLMR。当面内旋转磁场时,观测到了与角度呈cos2 θ关系的平面纵向磁电阻ρxx,且当减去实验位置误差造成的磁阻分量后,得到的平面横向磁电阻ρPHExy表现出～sinθcosθ的行为,这与理论计算相一致。进一步的实验证明,随着温度的升高,NLMR和PyHE是同步减小的,且室温条件下依然存在,揭示了这两个效应具有相同的物理起源,即手性异常。在弱场极限下和量子极限下,ρPHExy的幅值与磁场分别成平方和线性关系。此外,我们还通过实验和理论分析排除了current jetting效应。我们的输运结果给出了在Weyl费米子系统中手性异常存在的确切证据。2)Cd3As2中费米弧表面态诱导的量子振荡Fermi-arc表面态最直接的观察手段是角分辨光电子能谱,但目前还没有在Cd3AS2上观测到Fermi-arc。理论表明,表面态Fermi-arc可以形成Weyl轨道,进而贡献量子振荡。在这一章,我们对Cd3As2中的Weyl磁轨道进行了量子振荡研究。实验发现,当磁场垂直于样品表面时,高场下Cd3As2纳米片存在一个额外的迭加在叁维体态振荡中的二维量子振荡。通过对振荡周期对角度依赖的分析并结合理论计算,给出了高场下额外的二维量子振荡来源于上下表面Fermi-arc形成的Weyl磁轨道。此外,我们用非局域测量方法,发现Fermi-arc表面态振荡变得更加明显,而体态振荡被有效的抑制了。因此,我们的实验研究提供了一种研究Dirac/Weyl半金属中表面态Fermi-arc量子输运性质的有效方法。3)热处理调控Cd3As2纳米片的载流子浓度传统的调控技术一般要求样品的厚度很薄,而Dirac半金属Cd3As2在厚度小于60 nm时,体态会打开能隙并转变为能带绝缘体。因此,需要一种可行的方式有效调节半金属Cd3As2单晶的载流子浓度。我们的实验研究表明热循环处理可以有效的调控Dirac半金属Cd3As2纳米片的载流子浓度。随着热循环处理次数的增加,载流子浓度和迁移率会发生反常的演化。进一步的研究发现,随着体态费米能级的增加,表面态Fermi-arc的振荡以及手性异常导致的NLMR都会被明显地抑制,并且体态振荡的相位因子会发生反常移动。另外,我们还发现由于表面态与体态间的强耦合,Fermi-arc振荡会导致高场下叁维体态振荡峰位置的移动。因此,我们的实验结果为有效调控Cd3As2纳米片中的载流子浓度提供了一种可行的方式。4)高温下负纵向磁电阻与弱反局域化效应的竞争我们系统的研究了高质量的Cd3As2纳米片中纵向磁电阻与弱反局域化(weak antilocalization,WAL)效应的竞争。实验发现,当外加磁场平行于电流时,在低温弱场下WAL效应导致的正磁阻几乎淹没了手性异常导致的NLMR。随着温度的升高,WAL效应逐渐地减弱并在200 K消失。相反地,NLMR在逐渐地增大,且在室温下依然存在。利用弱场下的半经典公式对实验测量数据的拟合,进一步地确认了NLMR和WAL这两个效应在高温下的竞争关系。经过仔细的分析,得到在Cd3As2纳米片中观测到的高温下NLMR和WAL间竞争关系可以归结为Cd3As2纳米片样品较低的载流子浓度。此外,我们还揭示了在外加磁场平行于电流时,实验上观测到的纵向磁阻由负变正所对应的临界磁场Bc,是体系进入量子极限状态的标志,而且非饱和的线性纵向磁电阻可以用线性量子磁阻理论来解释。我们的实验结果对深刻的认识拓扑半金属中奇特的磁输运性质具有重要的意义。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
半金属性质论文参考文献
[1].夏铭,张俊逸,刘森巍,张法盲,徐春强.第二类狄拉克半金属NiTe_2的合成及其物理性质研究[J].常熟理工学院学报.2019
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