熱電效應包括塞貝克（Seebeck）效應和能斯特（Nernst）效應,能夠敏銳地反應費米面的拓撲結構信息,在凝聚態(tài)科學領域被作為一個強有力的手段探測研究拓撲相變、量子相變、自旋激發(fā)和磁有序等奇異的物理現(xiàn)象。一個導體,如果其縱向的溫度梯度能夠產(chǎn)生一個縱向電壓,即為Seebeck效應;當外加一個垂直溫度梯度方向的磁場,導體的橫向產(chǎn)生一個電場,這個現(xiàn)象被稱為Nernst效應。人們已經(jīng)在強關聯(lián)電子系統(tǒng)、半金屬以及鐵磁體中觀察到巨大的能斯特信號,并以此探索體系的電子相變。特別是在鐵磁體系中,當外磁場為零,體系也能表現(xiàn)出較大的能斯特信號,這種現(xiàn)象被稱為反常能斯特效應。在本論文中,我們通過輸運測量（包括磁致熱電效應）研究了兩種拓撲鐵磁半金屬材料:（1）重點研究了具有Kagome晶格的準二維鐵磁Weyl半金屬Co₃Sn₂S₂中的反常量子輸運性質(zhì),測量了其反常的霍爾效應和反常能斯特效應;（2）研究了二維的鐵磁Nodal-line半金屬Fe_3-xGe Te₂體系在不同鐵空位下的反�；魻栃头闯Ｄ�... 

【文章來源】：杭州師范大學浙江省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

四種典型材料的能帶結構示意圖

杭州師范大學碩士學位論文1前言2自由躍遷；絕緣體和半導體類似，導帶和價帶之間都存有一定帶隙，不過絕緣體的帶隙要比半導體大很多；半（準）金屬是一種導帶底和價帶頂相互交疊的新奇材料，在費米能級上沒有帶隙，因此，不需要受到激發(fā)，價帶頂部的電子會自動躍遷至低能量的導帶底部。1.1拓撲絕緣體和普通的絕緣體不同，拓撲絕緣體的體態(tài)是具有能隙的絕緣態(tài)，表面態(tài)是無能隙的金屬態(tài)，這種特殊能帶結構是產(chǎn)生量子霍爾效應(QHE)的天然平臺，在二維拓撲材料中，強自旋軌道作用能夠打開體態(tài)的能隙，而邊緣態(tài)上存在手性自旋流，受時間反演對稱性保護，這種現(xiàn)象被稱為量子自旋霍爾效應(QSHE)。2005年，C.L.Kane等人[16]通過理論計算預言了二維石墨烯材料可以在低溫實驗下由半金屬狀態(tài)演化成QSH絕緣體狀態(tài)。次年，張首晟教授通過和B.A.Bernevig等人[17]合作，理論預言了Hg/CdTe體系的量子阱實驗中可以出現(xiàn)QSHE，并在隨后的實驗上成功觀測到了這一現(xiàn)象[18]。圖1-2HgTe/CdTe量子阱實驗[19](a)量子阱結構；(b)量子阱結構發(fā)生的能帶反轉(zhuǎn)；(c)柵極電壓調(diào)節(jié)下的輸運行為

杭州師范大學碩士學位論文1前言3Hg1-xCdxTe是一種具有強自旋軌道耦合(SOC)的半導體，且CdTe和HgTe有著“相反”的能帶結構（圖1-2b），將HgTe和CdTe做成量子阱結構，這樣就可以在兩種能帶結構中進行連續(xù)調(diào)節(jié)[19]（圖1-2a）。研究發(fā)現(xiàn)，當HgTe層的厚度小于臨界值6.3納米時，量子阱中的束縛電子態(tài)與正常能帶的電子態(tài)一樣，當其厚度大于6.3納米，量子阱中的能帶就會發(fā)生反轉(zhuǎn)。隨著量子自旋霍爾效應在大量的二維拓撲絕緣體中被發(fā)現(xiàn)，人們開始研究三維拓撲態(tài)，自2005年開始，C.L.Kane[16]、J.E.Moore[20]和R.Roy[21]研究組陸續(xù)提出了三維的拓撲概念。他們使用拓撲不變量Z2來描述系統(tǒng)空間的拓撲性質(zhì)，通常使用四個Z2（一個強Z2不變量和三個弱Z2不變量）不變量描述三維拓撲態(tài)，這種方式下的拓撲絕緣體同時具有無能隙的表面態(tài)和絕緣的體態(tài)。對于其他受到強自旋軌道耦合作用下的二維材料和三維強拓撲絕緣體材料，它們有著非常穩(wěn)健的體態(tài)，具有強的抗干擾特性[16]。(a)(b)圖1-3ARPES測得Bi0.9Sb0.1單晶的電子結構[23](a)沿布里淵區(qū)空間中y方向；(b)沿z方向2007年，傅亮教授和C.L.Kane研究組率先通過理論計算預言合金B(yǎng)i1-xSbx、ɑ相的Sn單晶以及單軸應力作用下的HgTe可能是三維拓撲絕緣體(TIs)[22]。隨后，D.Heish研究組合成了第一個3D拓撲絕緣體Bi0.9Sb0.1，并通過高分辨率的角分辨光電子能譜(ARPES)來測量材料的體布里淵區(qū)內(nèi)沿不同方向動量空間的電子能帶色散關系[23]，如圖1-3(a-b)分別是沿y,z方向得到的測量結果，在距離費米


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