磁性拓扑半金属的反常能斯特效应研究

来源 :杭州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunjiajun75
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热电效应包括塞贝克(Seebeck)效应和能斯特(Nernst)效应,能够敏锐地反应费米面的拓扑结构信息,在凝聚态科学领域被作为一个强有力的手段探测研究拓扑相变、量子相变、自旋激发和磁有序等奇异的物理现象。一个导体,如果其纵向的温度梯度能够产生一个纵向电压,即为Seebeck效应;当外加一个垂直温度梯度方向的磁场,导体的横向产生一个电场,这个现象被称为Nernst效应。人们已经在强关联电子系统、半金属以及铁磁体中观察到巨大的能斯特信号,并以此探索体系的电子相变。特别是在铁磁体系中,当外磁场为零,体系也能表现出较大的能斯特信号,这种现象被称为反常能斯特效应。在本论文中,我们通过输运测量(包括磁致热电效应)研究了两种拓扑铁磁半金属材料:(1)重点研究了具有Kagome晶格的准二维铁磁Weyl半金属Co3Sn2S2中的反常量子输运性质,测量了其反常的霍尔效应和反常能斯特效应;(2)研究了二维的铁磁Nodal-line半金属Fe3-xGe Te2体系在不同铁空位下的反常霍尔效应和反常能斯特效应。(1)研究了准二维铁磁Weyl半金属Co3Sn2S2材料的热电效应。我们发现系统表现出巨大的反常能斯特信号,在70K时达到最大值5μV/K,该值远远大于常规铁磁体的能斯特信号(小于1μV/K),暗示该体系的能斯特信号来源与常规铁磁体不同,很可能与拓扑的Weyl点有关。同时,Co3Sn2S2材料的能斯特信号偏离常规铁磁体能斯特信号与磁化强度成正比的标度关系,暗示了其与常规铁磁体不同的机理。结合第一性原理计算,我们证实,Co3Sn2S2体系中巨大的反常能斯特效应主要来自Weyl点附近非平庸的Berry曲率。我们的实验结果也进一步证实了Co3Sn2S2体系是一个铁磁的拓扑Weyl半金属,其Weyl点附近的贝利曲率(虚拟磁场)贡献巨大的反常Hall效应和反常Nernst效应。(2)我们研究了首个二维的铁磁Nodal-line半金属Fe3-xGe Te2(x=0.11-0.20)在不同铁空位下的反常霍尔/能斯特效应。通过电输运和热输运的测量,我们发现铁空位可以有效的改变样品的居里温度从165K至210K,且饱和磁矩随着居里温度的增加而增大。虽然不同Fe空位的样品都展现出反常的霍尔效应和能斯特效应,但反常霍尔效应的大小并不随Fe空位出现明显的变化。相反,反常能斯特效应的大小却会受到Fe空位的影响,随着Fe空位的增多,反常能斯特信号迅速减弱。这些研究结果表明,虽然铁磁序本身对反常霍尔效应和反常能斯特效应会带来影响,但是Fe3-xGe Te2体系中拓扑的能带结构为反常能斯特效应的大小起到的作用是至关重要的,体系中非平庸的Berry曲率导致了能斯特信号的增强。
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