【摘要】：磁電輸運(yùn)性質(zhì)是材料的重要物理特性之一。1988年,人們?cè)诖判远鄬幽げ牧现邪l(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)(Giant magnetoresistance,GMR),并在在磁存儲(chǔ)設(shè)備上獲得廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)拓?fù)淞孔硬牧?包括拓?fù)浣^緣體、狄拉克/外爾半金屬、狄拉克節(jié)線(xiàn)半金屬等等)的研究不斷深入,在這些材料中顯示出的巨大磁阻效應(yīng)引起了人們極大興趣。澄清這些材料中巨大磁性效應(yīng)的物理根源不僅豐富了凝聚態(tài)物理的研究,在應(yīng)用上也將為尋找具有優(yōu)越磁阻效應(yīng)的材料提供物理指導(dǎo)。本文主要立足于單載流子/雙載流子模型,探討了在不同近似條件下,雙載流子模型可以預(yù)測(cè)出的磁電輸運(yùn)現(xiàn)象以及對(duì)應(yīng)的物理含義。并將該理論結(jié)合量子力學(xué)第一性原理能帶計(jì)算用于解釋Cu2TlTe2/Se2、ZrSiS、HfTe5和MoTe2單晶材料的磁電輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。針對(duì)不同材料所表現(xiàn)出的磁電輸運(yùn)性質(zhì)給出了統(tǒng)一的解釋,得到如下結(jié)論:1)Cu2TlSe2是以空穴為載流子的金屬,Cu2TlTe2由于導(dǎo)帶和價(jià)帶有部分交疊,Cu2+離子引入的電子摻雜使得Cu2TlTe2在低溫下成為一個(gè)電子-空穴共存的半金屬。2)電子濃度與空穴濃度接近與高遷移率使得ZrSiS具有巨大的磁阻效應(yīng);費(fèi)米面存在的開(kāi)軌道造成了巨大的各向異性磁阻。3)HfTe5是一種窄帶隙半導(dǎo)體,電子/空穴載流子濃度變化使得其溫度電阻曲線(xiàn)上出現(xiàn)一個(gè)電阻峰值。我們可以通過(guò)改變Te缺陷濃度,影響載流子性質(zhì)。從而使電阻的極大值在50-90 K的溫度范圍內(nèi)移動(dòng);同時(shí)也可以利用電子空穴共存來(lái)獲得超過(guò)30000%的巨大磁阻效應(yīng)。4)在MoTe2體系中利用載流子模型與量子震蕩分析結(jié)果一致。證明電子、空穴在該材料中共存。由于其遷移率約為103cm2/(V·s),其磁阻僅有1000%。這一結(jié)果顯示高遷移率(105 cm2/(V·s))對(duì)巨大的磁電阻效應(yīng)至關(guān)重要。以上結(jié)合單載流子/雙載流子輸運(yùn)模型和電子能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算對(duì)一系列單晶材料的磁電輸運(yùn)性質(zhì)的研究,對(duì)于深入理解拓?fù)淞孔硬牧系奈镄杂幸欢ǖ囊饬x,對(duì)于應(yīng)用上提高材料的輸運(yùn)性質(zhì)也具有一定的借鑒意義。
【圖文】：

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到洛倫茲力作用，從而發(fā)生變化產(chǎn)生了磁阻效應(yīng)。在非磁性材料中，磁逡逑阻通常情況下是一種相對(duì)弱的效應(yīng)［１］，例如對(duì)普通金屬而言，磁阻一般只有百分之幾［２］。逡逑１９８８年，人們?cè)诖判远鄬幽げ牧现邪l(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)（ＧＭＲ），并在在磁存儲(chǔ)設(shè)備上獲逡逑得廣泛應(yīng)用［３］。隨著對(duì)石墨烯的研宄深入以及越來(lái)越多種的拓?fù)淞孔硬牧媳蝗藗儼l(fā)現(xiàn)，逡逑新的巨大磁電阻現(xiàn)象不斷被報(bào)道，如在外爾以及狄拉克半金屬中發(fā)現(xiàn)的ＸＭＲ［４，５］等等。逡逑１．１．２磁場(chǎng)和溫度誘導(dǎo)下的相變逡逑隨著人們對(duì)ＸＭＲ現(xiàn)象的深入研究［６］，發(fā)現(xiàn)ＸＭＲ的出現(xiàn)與溫度和磁場(chǎng)均有關(guān)，并逡逑提出存在兩條臨界線(xiàn)，將磁場(chǎng)－溫度平面劃分成三個(gè)區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)金屬，半導(dǎo)體以及逡逑具有飽和電阻的金屬。以ＷＰ２為例［７］，圖ｌ－ｌ（ａ）為ＷＰ２在不同磁場(chǎng)下的溫度電阻曲線(xiàn)。逡逑圖（ｃ）是ＷＰ２磁場(chǎng)－溫度相圖，在紅線(xiàn)以上區(qū)域電阻隨溫度增加而增加，類(lèi)似于常規(guī)金屬；逡逑紅線(xiàn)和黑線(xiàn)中間區(qū)域電阻隨溫度增加而減少，類(lèi)似于半導(dǎo)體。逡逑■￣逡逑

銅的硫?qū)倩衔镅芯繗v史己超過(guò)３０年，其中銅－硫的層狀結(jié)構(gòu)引起了人們的長(zhǎng)期關(guān)逡逑注［８］。金屬－銅－硫這系列化合物是一種重要代表，其通式可表達(dá)為ＭＣＵ２，Ａｍ丨（Ｍ＝Ｔ１，逡逑Ｋ，Ｒｂ，，邋Ｃｓ；邋Ｘ＝Ｓ，邋Ｓｅ，邋Ｔｅ；邋ｎ＝邋１，２，邋３），晶體結(jié)構(gòu)如圖１－２，表１中列舉了部分己知的層狀銅逡逑的硫?qū)倩衔�。逡逑＃邐ｆｔ逡逑j_b\0逡逑ＭＣｕ２Ｘ２邐ＭＣｕａＸ３逡逑＿逡逑Ｃｕ２Ｘ逡逑圖ｌ－２ＭＣｕ２ｎＸ２ｎ＋１的單晶結(jié)構(gòu)。此圖從文獻(xiàn)［８］中拷貝出來(lái)。逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB303

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1 本報(bào)記者 陸本

本文編號(hào)：2590377