近十年來,拓撲電子材料逐漸成為凝聚態(tài)物理領域里一個研究熱點,其中包括拓撲絕緣體、拓撲晶體絕緣體、拓撲超導體和各種拓撲半金屬。這些拓撲材料中的拓撲量子態(tài)受了各種對稱性的保護,所以它們的一個非常重要的特點就是拓撲性質不受外界環(huán)境微擾的影響,這也為拓撲材料在未來自旋電子學和拓撲量子計算提供了潛在的應用。近年來拓撲材料的理論分析、計算預言和實驗進展都取得了豐碩的成果,其中基于密度泛函理論的第一性原理計算在其中發(fā)揮了重要的作用,越來越多的新拓撲材料在理論上被預言,然后得到后續(xù)的實驗驗證。在本論文中的一系列工作中,我們運用第一性原理計算預測了幾種新的拓撲材料,這些新的拓撲性質的材料為實驗提供了指導和方向。本文的具體內容安排如下:在第一章緒論中,我們介紹了拓撲相的發(fā)展歷程,從量子霍爾效應到拓撲絕緣體,再到拓撲半金屬。我們重點介紹了拓撲半金屬的對稱性和拓撲性質,其中主要包含Dirac半金屬、Weyl半金屬和節(jié)線態(tài)半金屬。在第二章中,我們介紹了基于密度泛函的第一性原理、最局域Wannier函數(shù)和k·p模型。在第三章中,我們理論上預測了一種半氫化半氟化鉍單層可以實現(xiàn)量子自旋霍爾效應,這種半氫化半氟化鉍是氫... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 拓撲絕緣體
        1.1.1 拓撲能帶理論
        1.1.2 量子自旋霍爾絕緣體
        1.1.3 三維拓撲絕緣體
    1.2 拓撲半金屬
        1.2.1 Dirac半金屬
        1.2.2 Weyl半金屬
        1.2.3 節(jié)線態(tài)半金屬
        1.2.4 新型拓撲半金屬
    1.3 本文主要結構
第二章 計算方法
    2.1 第一性計算原理和密度泛函理論
        2.1.1 密度泛函理論
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 Wannier函數(shù)和緊束縛近似模型
        2.2.1 布洛赫函數(shù)和Wannier函數(shù)
        2.2.2 最局域Wannier函數(shù)
    2.3 k·p模型
        2.3.1 k·p方程
        2.3.2 微擾方法
        2.3.3 不變量理論
第三章 半氫化半氟化鉍單層中的自旋谷性質和量子自旋霍爾效應
    3.1 簡介
    3.2 計算方法
    3.3 結果與討論
        3.3.1 原子結構、結構穩(wěn)定性和電偶極化
        3.3.2 電子結構和谷極化性質
        3.3.3 低能有效哈密頓量模型
        3.3.4 量子自旋霍爾效應和拓撲邊緣態(tài)
    3.4 總結
第四章 五八環(huán)石墨烯中的第一類型和第二類型Dirac節(jié)線態(tài)
    4.1 簡介
    4.2 計算方法
    4.3 結果與討論
        4.3.1 原子結構與穩(wěn)定性
        4.3.2 電子結構和邊緣態(tài)
        4.3.3 緊束縛近似模型
        4.3.4 實驗上實現(xiàn)和表征
    4.4 總結
第五章 Dirac-Weyl半金屬：極化六角ABC晶體中共存Dirac和Weyl費米子
    5.1 簡介
    5.2 計算方法
    5.3 結果與討論
        5.3.1 六角ABC晶體結構
        5.3.2 塊體和表面的電子結構性質
        5.3.3 拓撲不變量的計算
        5.3.4 有效哈密頓模型
        5.3.5 ABC中其他候選材料
        5.3.6 應變和摻雜的調控
    5.4 總結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
插圖索引
表格索引
參考文獻
作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文與研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]拓撲量子催化:TiSi家族的拓撲節(jié)線態(tài)和潛在催化析氫性能（英文）[J]. 李江旭,馬會,謝慶,封少波,Sami Ullah,李榮漢,董俊華,李殿中,李依依,陳星秋.  Science China Materials. 2018(01)



本文編號：3011802