两类新型拓扑材料CdX(X=F、Cl、Br、I)和NaAlSi(Ge)的第一性原理研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoxiang19931030
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
拓扑绝缘体是区别于传统的金属和绝缘体的一种新的量子物质态。其体态的电子结构表现为绝缘特性,而其表面存在受拓扑保护的具有无耗散弹道输运特征的表面态。这一无耗散的弹道输运特征在未来量子计算机和自旋电子学方面具有潜在的应用价值。随着拓扑绝缘体研究的深入,拓扑半金属也进入了人们的视线,并逐渐成为凝聚态物理及材料研究领域的一个新的热点。迄今为止,理论预测了大量拓扑绝缘体或拓扑半金属,其中一部分已经在实验上得到验证。从这一研究发展历程上看,理论预测对于实验制备和观测起了至关重要的作用。因此有目的性的设计并预测新型拓扑材料既丰富拓扑材料种类,又为新的拓扑性质的发现和实验研究提供基材料。本文基于第一原理方法设计并预测了两类新型拓扑材料。第一类材料是表现为拓扑绝缘体特征的二维CdX(X=F、Cl、Br、I),其中CdI具有较大的带隙,是实现高温的量子自旋霍尔效应的候选材料;第二类材料是表现为拓扑半金属特征的NaAlSi(Ge)家族,研究表明该类材料有望成为拓扑钠离子电池电极材料。本文的主要研究内容如下:(1)基于第一性原理方法,设计并预测了一类新型二维拓扑材料:过渡金属卤化物CdX(X=F、Cl、Br、I)。声子谱的计算结果证明了这一系列材料的动力学稳定性。之后我们对其电子性质进行了研究,发现二维CdX材料的能带结构与石墨烯类似。在不考虑自旋轨道耦合作用时,其在布里渊区高对称点K和K’的费米能级附近有两个等价的Dirac锥,表现为Dirac半金属特征。考虑自旋轨道耦合作用时,二维CdX表现为具有非平庸Z2不变量的拓扑绝缘体态或者是拓扑金属态。尤其是二维CdI材料的能带打开了143 meV的带隙,使得这一材料成为室温下实现量子自旋霍尔效应的候选材料。通过对这一材料晶格场的调制我们发现,其拓扑特征来源于晶格场作用诱导的能带反转,而自旋轨道耦合作用仅仅只是打开了全局或局域的带隙,对拓扑性质并无影响。通过讨论这一材料生长的衬底需求及在衬底上的电子性质,表明在BN的衬底上这一系列二维材料的拓扑性质可以得到保持,该结果证明了实验制备这类新型拓扑材料的可能性;(2)从已经实验制备的材料中发现NaAlSi(Ge)材料是一类具有非传统拓扑表面态的双节点线系统。在这一系统中布里渊区的高对称点Γ和Z附近同时存在着两个嵌套的双节点线结构,其中之一是Type-I型节点线,另一个是杂化节点线。并且这一杂化节点线与之前所报道的杂化节点线有所区别,在这一杂化节点线沿布里渊区高对称线Γ-X和Γ-Y方向是由交叉能带其中一条具有平带特性的Type-III型节点,其他方向的交叉能带具有相反斜率的Type-I型节点构成的。研究结果表明该系统下形成的两个嵌套的双节点线结构都是受镜面保护的稳定的拓扑态。考虑到该体系中的高钠离子含量,我们研究了该材料中钠离子的迁移行为和电荷储存容量,结果表明NaAlSi(Ge)具有较低的钠离子迁移势垒和高达476(238)mAhg-1的理论电荷储能量,说明NaAlSi(Ge)系统有望成为拓扑钠离子电池电极材料的候选材料。我们对于NaAlSi(Ge)材料的预测不但为实验上探索杂化节点线新奇的物理现象提供了新的候选材料,同时也为研究新型拓扑钠离子电池电极材料提供了可能的实验材料。
其他文献
上海法租界在20世纪20年代面临着严峻的治安压力,一战后警力紧缺和费沃利的个人因素在一定程度上促成了法租界巡捕房和青帮关系的形成。1925年法国驻沪领事韦礼德和法租界巡
为探明黄花菜的耐盐性及其生理机制,该试验以大同黄花菜为材料,采用砂培法,以正常营养液为对照(CK),用不同浓度(50、100、150、200、250mmol·L(-1))NaCl溶液浇灌大同黄花菜,分
“按需点餐,文明用餐”、“不剩菜、不剩饭”、“ 珍惜一粒米,收获一份爱”……$$在我市大、小餐馆的餐桌上,你都可以看到这样的桌签,还有很多餐厅的醒目位置还张贴了提示文明用
报纸
《诗经》中的《豳风·七月》产生于我国西周初年,是“国风”中最早的诗,是豳地奴隶们所创作和吟唱的诗歌。豳地位于今陕西省枸邑和邠县一带。这首长诗反映了奴隶们一年四季永
住房问题是重要的民生问题。我国政府重视解决城市居民住房问题,始终把改善群众居住条件作为城市住房制度改革和房地产业发展的根本目的。20多年来,我国住房保障制度改革不断
该文探讨在该区域内医联体模式下基层卫生院急诊科的建设,从几个方面分析了基层卫生院急诊科目前建设中存在的一些问题,例如:基层卫生院急诊科建设不平衡,没有得到合理投入,
第一部分 阿尔茨海默病和遗忘型轻度认知障碍患者的肠道微生态研究目的:阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD),亦称老年性痴呆,是当今全球范围内的老年人群中最为常见的神
近二十几年来激光冷却原子的研究取得了丰硕的成果。低速超冷的中性原子为物理学家研究物质波开启了一扇新的大门,超冷原子的研究与应用越来越受到关注,并由此产生了一门新兴
20世纪80年代初,中国开始推行小流域综合治理,在理论与实践方面不断创新和发展,逐步探索出适应中国实际情况的治理理念、治理技术体系和管理体系。然而,在生态文明建设的新形
本文主要研究了二维(2-D)线性离散系统—正则系统和奇异系统的第二类Fornasini-Marchesini(FM)局部状态空间(FMSLSS)模型稳定性问题。在2-D正则系统中,针对基于具有饱和算法