拓撲半金屬和鐵基超導材料的第一性原理研究.pdf

1、IIlI|lffI|《l|||||l|I《洲№437083河南衙箏己大學河南衙箏云大學碩士學位論文拓撲半金屬和鐵基超導材料的第一性原理研究學辯。、專業(yè)：‘)f’咚；、≈i二：研多：芽向：申請學位類別：申請人：指導教9幣：物理學。凝霧惑物理超辱和妊拎電子材料計算理學碩士石賢彪王廣濤二。一八年五月摘要新型材料的物性和應用研究是凝聚態(tài)物理領域的重點。具有非平庸拓撲能帶結(jié)構(gòu)的拓撲電子材料，在邊緣(二維系統(tǒng))或表面(三維系統(tǒng))會出現(xiàn)新奇的電子態(tài)，

2、例如：拓撲絕緣體能隙中自旋分辨且具有線性色散關系的手性金屬態(tài)、拓撲Dirac／Weyl半金屬表面的費米弧和拓撲nodalline半金屬的鼓膜表面態(tài)等。拓撲電子材料由于特殊的能帶結(jié)構(gòu)和拓撲特性，會表現(xiàn)出新奇的量子現(xiàn)象，是近十年來凝聚態(tài)物理領域研究的一個熱點。另一方面，2008年超導轉(zhuǎn)變溫度高于40K的鐵基超導材料的發(fā)現(xiàn)，在凝聚態(tài)領域再次掀起了高溫超導的研究熱潮，至今已整十年時間。鐵基超導的發(fā)現(xiàn)為理解高溫超導電性機理提供了新的平臺、方向和思

3、路。在拓撲電子材料和鐵基高溫超導的理論研究中，基于密度泛函理論的第一性原理計算被廣泛的應用，在解析電子結(jié)構(gòu)、確定磁性基態(tài)、預言新材料等方面都起到了至關重要的作用。本論文運用第一性原理計算方法和kp有效模型，在拓撲電子材料和鐵基高溫超導方面開展了一些研究工作。具體內(nèi)容如下所述：預言了三元過渡金屬氮化物ScTaN2是三維拓撲Dirac半金屬，并研究了該材料在破壞時間反演和C3旋轉(zhuǎn)對稱性的拓撲相變。ScTaN2是實驗上已經(jīng)合成的材料，晶格結(jié)構(gòu)

4、空間群為P63／mmc，具有空間反演對稱性，在空氣中非常的穩(wěn)定。能帶計算發(fā)現(xiàn)，ScTaN2具有半金屬性質(zhì)，在rA高對稱方向存在一對受晶格對稱性保護的Dirac點。表面能譜計算發(fā)現(xiàn)在010投影面存在非平庸表面態(tài)和連接體態(tài)Dirac點的費米弧。通過引入外磁場破壞時間反演對稱性，一個Dirac點轉(zhuǎn)變?yōu)槭中韵喾吹膬蓚€Weyl點，實現(xiàn)了從拓撲Dirac半金屬到Weyl半金屬的相變。另外，破壞該體系的C3旋轉(zhuǎn)對稱操作，ScTaN2轉(zhuǎn)變?yōu)閺娡負浣^緣體

5、。預言了六角相ZrRuP系列三元過渡金屬磷化物和砷化物是拓撲nodalline半金屬。ZrRuP晶格空間群是P62m(No189)，自發(fā)破缺空間反演對稱性。能帶計算發(fā)現(xiàn)，不考慮白旋軌道耦合(SOC)時，本征態(tài)關于kz=0鏡面具有相反符號的兩條能帶的交叉點形成閉合的環(huán)路，即在k：=0面內(nèi)出現(xiàn)一條受鏡面對稱性保護的nodalline。表面能譜計算發(fā)現(xiàn)，該nodalline具有雙Dirac錐形狀的表面態(tài)，跟以往研究的nodalline材料的二