新型拓?fù)浣^緣體-二維鉛材料的第一性原理計算研究.pdf

1、拓?fù)浣^緣體作為一種新型的物質(zhì)形態(tài)，在材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域都引起了廣泛的重視。這種物質(zhì)態(tài)的內(nèi)部與普通絕緣體一樣存在帶隙，但在邊界/表面則存在無能隙的邊緣態(tài)/表面態(tài)，并且這些態(tài)受到了時間反演對稱性的保護，不會受到非磁性雜質(zhì)和晶體缺陷的散射。正是這種奇特的性質(zhì)使得拓?fù)浣^緣體在未來的自旋電子學(xué)和低耗散器件中有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的無論是實驗已經(jīng)實現(xiàn)的還是理論計算預(yù)測的拓?fù)浣^緣體的帶隙都普遍偏小，導(dǎo)致其拓?fù)溥吘墤B(tài)/表面態(tài)只能在極低溫

2、下被觀測到，限制了拓?fù)浣^緣體的應(yīng)用和實現(xiàn)。因此，利用計算模擬在材料設(shè)計與材料性能研究上的優(yōu)勢來找到帶隙足夠大的拓?fù)浣^緣體材料有著重要意義。本論文主要包括以下內(nèi)容:
　　第一章主要介紹了拓?fù)浣^緣體的概念，包括從霍爾效應(yīng)到量子自旋霍爾效應(yīng)的研究歷程及理論支撐。
　　第二章主要介紹了本文所采用的計算方法的背景知識。主要有:基于密度泛函理論的第一性原理的介紹，包括局域密度近似(LDA)、廣義梯度近似(GGA)、雜化泛函等對電子交換關(guān)

3、聯(lián)項的不同處理方式;一些常用第一性原理模擬計算軟件的介紹。
　　第三章我研究了二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的純鉛及化學(xué)官能團修飾后的這種鉛體系，在通過總能-晶格常數(shù)曲線獲得它們的最優(yōu)晶格常數(shù)后，計算了其在考慮以及不考慮自旋軌道耦合情況下的能帶結(jié)構(gòu)并進行了相應(yīng)的分析。
　　第四章我首先以吸附氫原子的鉛層體系為例研究了應(yīng)力對體系本身電子結(jié)構(gòu)的影響，其次我展示了處于納米帶結(jié)構(gòu)下的二維蜂窩狀鉛體系的能帶，最后我們發(fā)現(xiàn)了一種可能用以生長二維鉛結(jié)構(gòu)的