最近二十年間,拓撲理論在凝聚態(tài)物理方面發(fā)揮著越來越重要的作用,拓撲型激發(fā)在各種不同的凝聚態(tài)系統(tǒng)中都有體現(xiàn),這些新奇的拓撲量子態(tài)極大地豐富了凝聚態(tài)物理學。陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和報道了反常量子霍爾效應(yīng)、拓撲絕緣體、外爾半金屬等奇異的物理現(xiàn)象和新材料。此外,還有一種新型的拓撲態(tài),其中包含的準粒子在交換操作下表現(xiàn)出非阿貝爾的統(tǒng)計性質(zhì),被認為有希望在未來實現(xiàn)量子計算�？偠灾�,這些與拓撲序和拓撲態(tài)相關(guān)的新材料和新現(xiàn)象將可能對下一代電子器件和量子計算機的發(fā)展發(fā)揮重要的價值。按照研究材料體系的不同,本文分為以下兩大部分。三維拓撲狄拉克半金屬Cd3As2在費米能級處存在一對受對稱性保護的狄拉克錐,這種特殊的能帶結(jié)構(gòu)使其有希望應(yīng)用于無能耗的新型電子器件,因而得到了廣泛的關(guān)注。有研究表明,磁性拓撲半金屬中的拓撲態(tài)與電子之間的關(guān)聯(lián)作用可能導致新的拓撲相。另外,磁性外爾半金屬中實現(xiàn)的反常霍爾效應(yīng),使其在實現(xiàn)無場的無能耗輸運方面具有潛在的應(yīng)用價值。因此,我們的第一部分工作是將磁性Mn元素引入三維拓撲狄拉克半金屬Cd3As2中,并研究其磁性和輸運性質(zhì)。通過控制原材料Mn3As2和Cd3As2的比例,我們制備得到了多晶（Cd1... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１不同對稱性破缺對應(yīng)的相變（ａ）晶體結(jié)構(gòu)相變對應(yīng)平移對稱性破缺；（ｂ）磁相變對應(yīng)??旋轉(zhuǎn)對稱性破缺；（ｃ）超導相變對應(yīng)規(guī)范對稱性破缺??

述里，可以有零個、一個、兩個或??者Ｎ個洞（Ｎ為整數(shù)），但絕對不會有半個洞、１．６１８個洞或者３．１４１５９２６個洞。??諾貝爾學獎的發(fā)布會上主持人手里拿著的面包圈和一個帶把手的茶杯，在拓撲學??上都是一回事，擁有同樣的不變性：一個洞。除了洞的個數(shù)，還有其他特征數(shù)來??描述不同的拓撲特性。??拓撲的本質(zhì)是連續(xù)變化下的不變性。舉個例子，如果我們在繩子上打一個??結(jié)，再把這根繩子首尾相連。這個繩結(jié)是解不開的，如果想要去除這個結(jié)，就只??能把繩子割斷。再比如說，渦旋。一個典型的渦旋結(jié)構(gòu)如圖１．３所示。任意選取??一個包含渦旋的閉合回路，我們可以發(fā)現(xiàn)，圍繞著渦旋中心，自旋的夾角連續(xù)地??從０變化到２ｔｉ。如果以２ｊｉ作為單位，則渦旋的自旋夾角改變?yōu)椋保礈u旋為－１。??這一夾角的改變，是不依賴我們選擇的路徑的，因此可以把它看作渦旋的一個拓??撲表征。通過圖的對比我們可以看出，普通的波浪形自旋夾角改變是可以通過連??續(xù)變形消除掉的。而渦旋在連續(xù)變形下只能移動位置，不能消除。這里我們稱，??渦旋因為拓撲結(jié)構(gòu)而獲得了保護，無法被輕易的消除。把渦旋消除掉的唯一辦法??是引入一個與之手性相反的渦旋，讓它們相互抵消掉。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?＾??＾???？?？?丨．麵?＊?＾?４?／?Ａ?＾?＼?＼??丨■?丨丨＂■丨丨？?１?？?＊?－?‘?‘‘??Ｉ?＿？?—？?？?＂？??＊??？?？?？?丨丨■丨？??？?＾?＾??圖１．２超導、超流體波函數(shù)的相位構(gòu)型⑷基態(tài)構(gòu)型；（ｂ）普通型激發(fā)；（ｃ）渦旋激發(fā)??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｐｈａｓｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗａｖｅ?ｆｕｎｃｔｉｏ

?把這種磁性系統(tǒng)中的局域自旋結(jié)構(gòu)稱為磁性斯格明子ｔ１３］。接下來的一段時間里，??雖然有理論物理學家預言了某些磁性體系中可以存在磁性斯格明子，但實驗方面??的進展則較為緩慢，未能在實驗上觀測到磁性斯格明子。直到２００９年，Ｍｉｉｈｌａｂｕｅｒ??等通過中子散射的辦法，于低溫和外加磁場的條件下，在ＭｎＳｉ單晶中首次觀察??到了磁性斯格明子的存在［１４］。磁性斯格明子具有二維的拓撲結(jié)構(gòu)，中心自旋和??外圍自旋均指向面外且指向相反，其余自旋在面內(nèi)取向，由中心自旋逐漸過渡至??外圍自旋，如圖１．３所示。??轉(zhuǎn)＇＇雜??圖１．３斯格明子示意圖ｌ１５ｌ（ａ）布洛赫型斯格明子（ｂ）奈爾型斯格明子??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｋｙｒｍｉｏｎｓ?Ｉ，ｓ，?（ａ）?Ｔｈｅ?Ｂｌｏｃｈ－ｔｙｐｅ?（ｂ）?Ｔｈｅ?Ｎｅｅｌ－ｔｙｐｅ??８??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Mn doping effects on the gate-tunable transport properties of Cd3As2 films epitaxied on GaAs[J]. Hailong Wang,Jialin Ma,Qiqi Wei,Jianhua Zhao.  Journal of Semiconductors. 2020(07)



本文編號：3105599