拓撲非平庸材料以及鐵磁半金屬的第一性原理研究.pdf

1、拓撲凝聚態(tài)物質的研究是21世紀初凝聚態(tài)物理中最有活力的一個領域之一。從拓撲絕緣體發(fā)現(xiàn)至今，拓撲的概念深入到凝聚態(tài)物理學的許多領域，推動了物理學的發(fā)展。從拓撲絕緣體到有機無機拓撲絕緣體，拓撲光子學，拓撲半金屬，以及拓撲超導體，各個研究方向方興未艾，齊頭并進。
　　在第一章中，我們先對物理學中的對稱性做了一個簡要的介紹，并且由此引申至凝聚態(tài)物理中的對稱性和拓撲，簡單介紹了拓撲絕緣體以及拓撲半金屬的發(fā)展現(xiàn)狀。第二個大部分則主要介紹了在理

2、論計算中我們所使用的方法和工具。對第一性原理方法密度泛函理論做了簡單的介紹。并在本章結束的時候介紹了一下主要使用的從頭計算軟件包VASP。
　　在第二章中，我們主要利用密度泛函理論以及tight-binding(TB)方法來研究二維巖鹽結構XBi(X=Sc，Y,La，Yb)化合物，有機無機(1，4-phenylene diisocyanide-貴金屬(Au，Ag，Cu))網格體系的拓撲性質。通過加入自旋-軌道耦合(SOC)的體相能

3、帶，拓撲邊緣態(tài)以及拓撲不變量Z2的計算，從而揭示出兩種體系的非平庸拓撲性質。前者巖鹽結構體系中存在較大的拓撲非平庸的能隙，為室溫拓撲絕緣體的應用提供了一種可行的方法。而后者則在實驗上首次被合成出來，從而拓寬了二維拓撲絕緣體家族。
　　第三章，第一部分我們提出一種新的擁有非固有點群Dirac半金屬態(tài)的穩(wěn)定材料SnPbO3，并且通過元素替換的方法可將Dirac點調至費米面處，為實驗合成觀察提供了一種方案。并且通過拓撲Z2不變量的計算，

4、我們發(fā)現(xiàn)在替換元素體系中，隨著其中一個Dirac點的打開，特定的面比如Bi替換體系中(110)面是可以擁有非平庸拓撲表面態(tài)的。該研究結果拓寬了非固有點群Dirac半金屬的物理特征。在第二部分中，我們預言了一族新?lián)碛型負銬irac半金屬態(tài)的XAuTe化合物材料。這種材料以前被為是拓撲絕緣體，經過我們的計算發(fā)現(xiàn)該體系擁有受拓撲和對稱性保護的四重簡并Dirac點。我們研究不僅澄清了人們對這種材料的認識，也擴展了拓撲Dirac半金屬材料家族。并

5、且在此基礎之上，我們構建了擁有二型Weyl半金屬態(tài)的超晶格結構。
　　第四章，結合前一章節(jié)的理論計算，我們主要討論了Weyl拓撲半金屬的類型以及形成機制。并且在KAuTe拓撲Dirac半金屬的基礎之上，我們構建了擁有二型Weyl拓撲半金屬態(tài)的超晶格結構，為實驗上觀測和研究該種Weyl拓撲半金屬提供了理論計算方面的支撐。
　　第五章，通過第一性原理計算方法，我們對一系列六角蜂窩狀有機物金屬網格(MOF)結構做了詳細的研究，指出