第一性原理研究壓力對Weyl半金屬晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的影響.pdf

1、最近發(fā)現(xiàn)的三維（3D）拓撲Weyl半金屬是一種新型的拓撲量子材料，由于其奇異的體態(tài)和表面電子結(jié)構(gòu),故具有許多新奇的物理現(xiàn)象，如負磁阻效應(yīng)、量子反?；魻栃?yīng)和手性異常的磁效應(yīng)等。因此Weyl費米子可能具有很高的電子遷移率，對新型低能耗、多功能和小型化的電子器件的發(fā)展及更新?lián)Q代有極其重要的意，與此同時，Weyl費米子穩(wěn)定的手征性用來荷載量子信息有望應(yīng)用在設(shè)計新型量子平臺中，從而實現(xiàn)高容錯的拓撲量子計算。實驗上已通過角分辨光電子能譜觀察到Ta

2、As家族化合物（TaAs、TaP、NbAs、NbP）和正交結(jié)構(gòu)的MoTe2晶體具有Weyl半金屬的特有性質(zhì)。作為調(diào)整晶格參數(shù)和電子相互作用的有效方式，高壓正在成為探索材料的奇異狀態(tài)及新材料的重要工具，因此研究拓撲Weyl半金屬在壓力下的電子性質(zhì)和拓撲Weyl費米子（Weyl點）的行為是十分必要的。本論文對已知的Weyl半金屬家族成員在壓力下進行了第一性原理計算，詳細且系統(tǒng)的分析了加壓下Weyl半金屬在費米能級附近的電子能帶結(jié)構(gòu)隨壓力的變

3、化關(guān)系，以提高我們對其獨特的拓撲保護性質(zhì)的理解。
　?。?）運用Materials Studio和Vesta等軟件對TaAs家族化合物以及正交結(jié)構(gòu)的MoTe2晶體進行建模，借助于計算VASP模擬軟件包，對Weyl半金屬進行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化以及模擬計算，得出的能帶結(jié)構(gòu)與電子態(tài)密度與實驗結(jié)論高度符合，即Ⅰ型Weyl半金屬在費米能級附近有成對的Weyl點，且費米能級附近的電子態(tài)密度幾乎為零；II型Weyl半金屬在費米能級附近觀察到一對Wey

4、l點，其費米能級處有一定的電子態(tài)密度，說明本論文所選擇的計算方法是可行的。
　?。?）TaAs家族的四種Weyl半金屬在靜水壓為0~90GPa下的第一性原理計算表明，四種Weyl半金屬在壓力的作用下，晶格常數(shù)呈近似線性遞減；鍵角（α、β）逐漸減小，鍵角γ逐漸增大；體積V逐漸減小，且當(dāng)壓力逐漸增大時變化逐漸趨于緩慢。重點分析費米能級附近的能帶結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增大，中間兩個Weyl點的能量相同且從費米能級以下逐漸向上移動，并向

5、高對稱點N點靠近；繼續(xù)加壓，這兩個Weyl點消失，高對稱點N點處的價帶與導(dǎo)帶的能量差增大，并且相同壓力差時，導(dǎo)帶在該點處能量升高的幅度明顯大于價帶在該點處能量降低的幅度。
　　（3）MoTe2晶體在靜水壓為0~70GPa下的計算表明，在對MoTe2晶體施壓過程中，壓力較小時，MoTe2晶體首先克服范德瓦爾斯力層間距急劇減小，此時能帶結(jié)構(gòu)的基本趨勢變化不大，但Weyl點逐漸消失；隨著壓力的增大，晶體結(jié)構(gòu)的變化較?。槐砻骶Ц窠Y(jié)構(gòu)對Mo