【摘 要】
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反常能斯特效应与反常霍尔效应具有相同的物理根源,根据莫特关系可以将两者联系起来。相比于反常霍尔效应,反常能斯特效应对费米能级附近的信息更加灵敏。研究反常能斯特效应的调控机制,可以更加深入地理解反常输运效应的起源,目前有关调控反常能斯特效应的研究鲜有报道。近期,被实验证实为磁性外尔半金属材料的Co3Sn2S2,因具有众多奇异的物理特性而备受关注。Co3Sn2S2具有较大的反常霍尔效应,与体态节点线和
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反常能斯特效应与反常霍尔效应具有相同的物理根源,根据莫特关系可以将两者联系起来。相比于反常霍尔效应,反常能斯特效应对费米能级附近的信息更加灵敏。研究反常能斯特效应的调控机制,可以更加深入地理解反常输运效应的起源,目前有关调控反常能斯特效应的研究鲜有报道。近期,被实验证实为磁性外尔半金属材料的Co3Sn2S2,因具有众多奇异的物理特性而备受关注。Co3Sn2S2具有较大的反常霍尔效应,与体态节点线和外尔点引起的较大贝利曲率密切相关,这为调控反常能斯特效应的研究提供了理想的实验载体。在本文中,我们研究了迁移率和化学掺杂对Co3Sn2S2反常能斯特效应的调控作用,并通过输运性质测量对Co3Sn2S2进行系统性研究,探索了Co3Sn2S2的反常横向输运效应来源机制和费米面结构。本文主要研究内容如下:1、研究了载流子迁移率对反常能斯特效应的调控现象。对不同迁移率的Co3Sn2S2单晶样品进行分析,我们发现这些样品的组分、载流子浓度、费米能几乎一致。在Co3Sn2S2的能斯特效应中,常规能斯特系数与迁移率成正比,反常能斯特系数与迁移率成反比。通过二维费米面近似和莫特关系,我们将迁移率调控的能斯特效应与载流子平均自由程联系起来,并由此发现内禀反常能斯特效应可以被载流子的平均自由程调控。2、研究了化学掺杂对Co3Sn2S2的反常横向输运性质的调控现象。我们发现化学掺杂对反常横向输运效应的调控作用分为两部分:（1）掺杂元素会引入外禀机制对反常横向输运效应的贡献;（2）不同比例的电子和空穴掺杂使得系统费米能级移动,进而实现对反常横向输运效应的连续调控。在化学掺杂的样品中,反常横向热电导系数与掺杂比例的关系验证了化学掺杂对能带结构的展宽效应。3、研究了Co3Sn2S2的反常热霍尔效应。我们发现不同迁移率的Co3Sn2S2样品在100 K以下满足反常横向魏德曼-弗兰兹定律,验证了Co3Sn2S2中反常横向输运性质的来源是内禀机制,与样品的迁移率无关。4、通过量子振荡效应研究了Co3Sn2S2的费米面结构。在具有较高迁移率的Co3Sn2S2单晶样品中,我们通过温度依赖和角度依赖的量子振荡效应测量,结合理论计算获得了Co3Sn2S2的费米面结构信息,并发现Co3Sn2S2中存在磁致击穿效应。通过本文的研究,我们发现内禀的反常能斯特效应可以被载流子的平均自由程调控,这为研究拓扑能带结构对热梯度的响应提供了参考依据。化学掺杂对反常能斯特效应的连续调控是基于费米能级的移动,这验证了外尔点与费米能级的相对位置对反常横向输运效应的显著影响。本文对反常能斯特效应调控机制的研究,为探索反常能斯特效应的热电应用提供了研究思路。Co3Sn2S2中反常横向输运效应起源于内禀机制,内禀机制中非平庸的贝利曲率与费米面附近的拓扑能带结构密切相关,我们通过量子振荡效应得到的费米面结构为拓扑能带结构的研究提供了参考。
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