在本文中我們首先介紹了拓撲材料研究的發(fā)展歷史,并總結(jié)了典型拓撲材料的拓撲性質(zhì)和拓撲不變量的計算方法。然后我們介紹了第一性原理計算方法的發(fā)展歷史和瓦尼爾函數(shù)方法。接著我們重點研究了三類拓撲材料的拓撲性質(zhì),具體包括:我們發(fā)現(xiàn)Ba3Cd2As4家族是一類拓撲晶體絕緣體,它們有C2旋轉(zhuǎn)反常導致的拓撲表面態(tài)和棱態(tài);我們發(fā)現(xiàn)一類新的狄拉克半金屬BaHgSn,它有沙漏形表面態(tài);結(jié)合實驗觀測,我們研究了鐵磁外爾半金屬Co3Sn2S2的能帶結(jié)構(gòu)和光電導隨溫度的變化。這些研究揭示了拓撲材料的拓撲性質(zhì)和光學效應(yīng),并為新型拓撲材料的預言和研究提供了思路。在緒論中我們介紹了量子霍爾效應(yīng)(包括整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、量子反常霍爾效應(yīng)和量子自旋霍爾效應(yīng))、拓撲絕緣體、拓撲晶體絕緣體以及拓撲半金屬的基礎(chǔ)理論,并總結(jié)了這些材料中拓撲不變量的定義和具體計算方法。然后我們介紹了利用第一性原理計算和對稱性指標理論確定材料拓撲分類和拓撲不變量的方法,以及自動化拓撲材料搜索的流程。在計算方法部分,我們介紹了第一性原理方法的發(fā)展歷史,詳細介紹了密度泛函理論。我們還詳細介紹了廣泛使用的瓦尼爾函數(shù)方法。在拓撲材料計算中我們通常使用的是原子軌道...

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 量子霍爾態(tài)
        1.1.1 整數(shù)量子霍爾效應(yīng)
        1.1.2 量子自旋霍爾效應(yīng)
        1.1.3 量子反�；魻栃�(yīng)
        1.1.4 量子霍爾態(tài)拓撲不變量
    1.2 拓撲絕緣體
        1.2.1 拓撲表面態(tài)
        1.2.2 Z₂拓撲不變量
    1.3 拓撲晶體絕緣體
        1.3.1 邊界態(tài)和拓撲不變量
    1.4 拓撲半金屬
        1.4.1 狄拉克半金屬
        1.4.2 外爾半金屬
        1.4.3 節(jié)線半金屬
    1.5 通過第一性原理計算判斷材料的拓撲分類
        1.5.1 對稱性指標理論
        1.5.2 拓撲材料自動化搜索
第2章 第一性原理計算理論和方法
    2.1 第一性原理計算主要發(fā)展歷史
        2.1.1 多粒子哈密頓量
        2.1.2 絕熱近似
        2.1.3 哈特利-福克近似
        2.1.4 密度泛函理論
    2.2 瓦尼爾函數(shù)方法
        2.2.1 最局域瓦尼爾函數(shù)
        2.2.2 原子軌道瓦尼爾函數(shù)
        2.2.3 WannierTools軟件
第3章 C₂旋轉(zhuǎn)保護的拓撲晶體絕緣體
    3.1 C₂旋轉(zhuǎn)反常與拓撲晶體絕緣體
    3.2 晶體結(jié)構(gòu)
    3.3 計算方法
        3.3.1 第一性原理計算方法
        3.3.2 對稱性指標計算方法
        3.3.3 嵌套Wilson loop方法
    3.4 結(jié)果分析和討論
        3.4.1 體態(tài)分析
        3.4.2 (001)和(010)表面的表面態(tài)分析
        3.4.3 (110)表面的表面態(tài)分析
        3.4.4 棱態(tài)分析
        3.4.5 不同應(yīng)力下的拓撲相變
第4章 有沙漏費米子的狄拉克半金屬
    4.1 沙漏費米子
    4.2 晶體結(jié)構(gòu)
    4.3 計算方法
    4.4 結(jié)果分析和討論
        4.4.1 體態(tài)分析
        4.4.2 表面態(tài)分析
        4.4.3 (010)表面的費米面和QPI圖樣
        4.4.4 (010)表面Wilson loop譜
第5章 鐵磁外爾半金屬Co₃Sn₂S₂的光電導研究
    5.1 計算方法
    5.2 結(jié)果分析和討論
        5.2.1 能帶結(jié)果分析
        5.2.2 光電導實驗結(jié)果
        5.2.3 光電導計算結(jié)果
        5.2.4 電子動能的重整化
第6章 結(jié)論和展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果



本文編號：4049828