二维拓扑量子材料的角分辨光电子能谱研究
发布时间：2022-01-13 11:10
自三维拓扑绝缘体被实验发现之后,拓扑半金属材料备受科研领域的青睐。拓扑半金属是费米能级附近受晶格对称性保护由体态电子形成能带简并点的一类具有金属态的物质。不同于在动量空间中形成离散简并点的狄拉克半金属（DSM）和外尔半金属（WSM）,拓扑节点线半金属（TNLSM）的能带简并点可以形成更具复杂性的一维构型,例如节点线、节点环、节点链等,同时在实验中发现了巨磁阻、超导等新颖的物理现象,使得其在凝聚态物理领域的研究热度一直高居不下。材料的物理和化学性质往往由体系内部的电子行为所决定,因此对于材料电子结构信息的探索至关重要,而角分辨光电子能谱（ARPES）是唯一可以直接探测材料三维电子结构的实验技术。在这篇论文中,我们主要通过ARPES技术实现对层状拓扑半金属电子结构的测量,取得了如下的研究成果:1.利用ARPES和第一性原理计算,我们系统研究了拓扑节点线半金属ZrSnTe和ZrSiTe的电子结构。通过进行大范围的动量空间和光子能量依赖测量,识别了来自体态和表面态的电子结构。同时沿着M-A和X-R方向上Dirac节点线的发现无疑证实了 ZrSnTe和ZrSiTe是拓扑Dirac节点线半金属。除...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２（３）８丨１－）（８１＾沿着１＾方向费米能级附近的八１１？￡８测试结果，发现表面态与费米能级??的交叉次数为５次（奇数次）【３８】
?第１章绪论???时间反演对称性和空间反演对称性都破缺但是两者算符乘积守恒磁性材料，以及??受非点式对称性保护的ＤＳＭ材料等。??⑷?（ｂ）?（ｄ）??修＿?ｆｔ獅??图１．３Ｎａ３Ｂｉ的电子结构［５４】。（ａ）晶格结构示意图。（ｂ）３Ｄ体态布里渊区，高对称点均在图中??标明。（ｃ）费米面映射整个３Ｄ布里渊区（上面板）和在表面布里渊区（下面板）上的投影。（ｄ）??ＡＲＰＥＳ?（沿方向）的三维强度图，显示了拉长的锥形色散，表明咎和方向之间存在较??大的各向异性。??２．Ｗｅｙｌ?半金属（ＷＳＭ）??１９２９年，Ｈ．?Ｗｅｙｌ认为对于电子的质量ｗ为零的狄拉克方程，它的解是一对??手性相反的准粒子，也就是Ｗｅｙｌ费米子。Ｎｉｅｌｓｅｎ－Ｎｉｎｏｍｉｙａ理论指出，ＷＳＭ体??系的总陈数必须满足《?＝?〇的条件，这就使得Ｗｅｙｌ费米子必须成对出现。可以简??单地认为一对手性相反的Ｗｅｙｌ点是由Ｄｉｒａｃ点通过破缺时间或空间反演对称性??得到的。因此在ＷＳＭ中，时间反演对称性和空间反演对称性两者不可兼得。??２０１１年，万贤纲教授根据理论计算，提出具有烧绿石结构的ＪＩｒ２〇７Ｃ４?＝?Ｙ??或者镧系元素）可能是潜在的ＷＳＮ＃８］。随后铁磁尖晶石ＨｇＣｒ２Ｓｅ４、由拓扑绝缘??体和磁性材料构成的异质结、Ｈｇ＾ｙＣｄ２ＭｎｙＴｅ等时间反演对称性破缺的和三方??相的Ｔｅ单晶等空间反演对称性破缺的ＷＳＭ也逐渐进入人们的视野由于??这些材料合成难度较高，实验进展一直比较缓慢，直到翁红明等人通过第一性能??带计算发现空间反演对称性破缺的ＴａＡｓ、ＮｂＡｓ等材料也是ＷＳＭ【６３］。无磁性和??易合成的优点使得它们在ＡＲＰＥＳ领域
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Observations of nodal lines in the topological semimetal ZrSnTe[J]. Bo Chen,Bo Zhang,JiHai Yu,Fu Cong Fei,Muhammad Naveed,Yi Zhang,Zhe Sun,XianGang Wan,FengQi Song. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(02)
[2]拓扑量子催化:TiSi家族的拓扑节线态和潜在催化析氢性能（英文）[J]. 李江旭,马会,谢庆,封少波,Sami Ullah,李荣汉,董俊华,李殿中,李依依,陈星秋. Science China Materials. 2018(01)
[3]Measurement of the bulk and surface bands in Dirac line-node semimetal ZrSiS[J]. 洪光昊,王成玮,姜娟,陈成,崔胜涛,杨海峰,梁爱基,刘帅,吕洋洋,周健,陈延彬,姚淑华,卢明辉,陈延峰,王美晓,杨乐仙,柳仲楷,陈宇林. Chinese Physics B. 2018(01)
[4]Topological nodal line semimetals[J]. 方辰,翁红明,戴希,方忠. Chinese Physics B. 2016(11)
博士论文
[1]新颖量子材料的角分辨光电子能谱研究[D]. 朱锋锋.上海交通大学 2017
[2]AFe2As2（A=Cs,Rb）和La2-2xSr1+2xMn2O7（x～0.59）中电子关联效应的角分辨光电子能谱研究[D]. 孔帅.中国科学技术大学 2016
[3]钛基超导体“Na-111”体系电子结构的角分辨光电子谱研究[D]. 崔胜涛.中国科学技术大学 2016
本文编号：3586308
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２（３）８丨１－）（８１＾沿着１＾方向费米能级附近的八１１？￡８测试结果，发现表面态与费米能级??的交叉次数为５次（奇数次）【３８】
?第１章绪论???时间反演对称性和空间反演对称性都破缺但是两者算符乘积守恒磁性材料，以及??受非点式对称性保护的ＤＳＭ材料等。??⑷?（ｂ）?（ｄ）??修＿?ｆｔ獅??图１．３Ｎａ３Ｂｉ的电子结构［５４】。（ａ）晶格结构示意图。（ｂ）３Ｄ体态布里渊区，高对称点均在图中??标明。（ｃ）费米面映射整个３Ｄ布里渊区（上面板）和在表面布里渊区（下面板）上的投影。（ｄ）??ＡＲＰＥＳ?（沿方向）的三维强度图，显示了拉长的锥形色散，表明咎和方向之间存在较??大的各向异性。??２．Ｗｅｙｌ?半金属（ＷＳＭ）??１９２９年，Ｈ．?Ｗｅｙｌ认为对于电子的质量ｗ为零的狄拉克方程，它的解是一对??手性相反的准粒子，也就是Ｗｅｙｌ费米子。Ｎｉｅｌｓｅｎ－Ｎｉｎｏｍｉｙａ理论指出，ＷＳＭ体??系的总陈数必须满足《?＝?〇的条件，这就使得Ｗｅｙｌ费米子必须成对出现。可以简??单地认为一对手性相反的Ｗｅｙｌ点是由Ｄｉｒａｃ点通过破缺时间或空间反演对称性??得到的。因此在ＷＳＭ中，时间反演对称性和空间反演对称性两者不可兼得。??２０１１年，万贤纲教授根据理论计算，提出具有烧绿石结构的ＪＩｒ２〇７Ｃ４?＝?Ｙ??或者镧系元素）可能是潜在的ＷＳＮ＃８］。随后铁磁尖晶石ＨｇＣｒ２Ｓｅ４、由拓扑绝缘??体和磁性材料构成的异质结、Ｈｇ＾ｙＣｄ２ＭｎｙＴｅ等时间反演对称性破缺的和三方??相的Ｔｅ单晶等空间反演对称性破缺的ＷＳＭ也逐渐进入人们的视野由于??这些材料合成难度较高，实验进展一直比较缓慢，直到翁红明等人通过第一性能??带计算发现空间反演对称性破缺的ＴａＡｓ、ＮｂＡｓ等材料也是ＷＳＭ【６３］。无磁性和??易合成的优点使得它们在ＡＲＰＥＳ领域
??（ａ）?（ｂ）?｜?卢（ｃ）?■．丨（ｇ）??養－画??（ｄ）?（ｅ）?（ｆ）?????Ｆｃｍｉｔｏｎｖ??？＿?????１Ｖ，…．．．ＷｅｙＪ．?Ｆ＾ｒｎｔｉ＾ｓ??Ｃｍｌ?＾２＼＾，?Ｃｍ３?ｋ?＋?－??ｉ?麵?ｉｔｉｆｃ」．．．：，亭：－??，＿Ｍｋｎ＾?０ＪＡｍｉ?Ｉ?ｗｐ?ｖａ，??－０．２?０?ｔｌ．２?５０?５１?５２?５３?Ｍ?２Ｊ?￣￣：￣￣－１??Ｋｉｋ－＇ｉ?Ｋ（ｘｉｃ）?－０５?０?０３??Ｍ？制??图１．４?ＴａＡｓ的电子结构【６４］。（ａ）在没有自旋轨道耦合的情况下，镜像平面上有两个线节点，??而知镜像平面上有两个线节点（红色回路）。在自旋轨道耦合存在的情况下，每个线节点减少??为６个Ｗｅｙｌ点（小的黑色和白色圆圈）。黑色和白色显示了外尔点相反的手性电荷。（ｂ）和（ｃ）??分别对应于Ｗ２?和Ｗ１?位置的的ＡＲＰＥＳ费米面。（ｄ）和（ｅ）分别展示的是沿Ｃｕｔ?１方??向和Ｃｕｔ?２方向的ＡＲＰＥＳ色散图，两个方向上均清楚地显示了两个线性的Ｗ２外尔锥。（ｆ）??沿Ｃｕｔ?３方向的ＡＲＰＥＳ色散图显示出清晰的Ｗｅｙｌ点。⑶高分辨率ＡＲＰＥＳ测量得出的费米??弧和Ｗｅｙ丨点。利用低能电子（／！Ｖ＝９０ｅＶ）探测出表面态费米弧的信息（图中青色区域的实??验结果）以及对体态敏感的软Ｘ射线区域的高能电子（／７Ｖ＝６５０ｅＶ）测量出Ｗｅｙｌ点（橙色??区域结果），将两个结果进行叠加即可得到图（ｇ）的结果，其中正负号表示Ｗｅｙｌ点的不同手??性。??３．拓扑节点线半金属（ＴＮＬＳＭ）??与拓扑ＤＳＭ和拓扑ＷＳＭ相比，ＴＮＬＳＭ存在以下几点差异。在交点维度
【参考文献】：
期刊论文
[1]Observations of nodal lines in the topological semimetal ZrSnTe[J]. Bo Chen,Bo Zhang,JiHai Yu,Fu Cong Fei,Muhammad Naveed,Yi Zhang,Zhe Sun,XianGang Wan,FengQi Song. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(02)
[2]拓扑量子催化:TiSi家族的拓扑节线态和潜在催化析氢性能（英文）[J]. 李江旭,马会,谢庆,封少波,Sami Ullah,李荣汉,董俊华,李殿中,李依依,陈星秋. Science China Materials. 2018(01)
[3]Measurement of the bulk and surface bands in Dirac line-node semimetal ZrSiS[J]. 洪光昊,王成玮,姜娟,陈成,崔胜涛,杨海峰,梁爱基,刘帅,吕洋洋,周健,陈延彬,姚淑华,卢明辉,陈延峰,王美晓,杨乐仙,柳仲楷,陈宇林. Chinese Physics B. 2018(01)
[4]Topological nodal line semimetals[J]. 方辰,翁红明,戴希,方忠. Chinese Physics B. 2016(11)
博士论文
[1]新颖量子材料的角分辨光电子能谱研究[D]. 朱锋锋.上海交通大学 2017
[2]AFe2As2（A=Cs,Rb）和La2-2xSr1+2xMn2O7（x～0.59）中电子关联效应的角分辨光电子能谱研究[D]. 孔帅.中国科学技术大学 2016
[3]钛基超导体“Na-111”体系电子结构的角分辨光电子谱研究[D]. 崔胜涛.中国科学技术大学 2016
本文编号：3586308
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