文档介绍：重要的意义和广泛的、潜在的应用前景。由于拓扑绝缘体㈣这些奇异的物理性质和潜摘要拓扑绝缘体由于具有很多奇异的量子特性,近年来已成为物理学的研究热点及前沿之一。对拓扑绝缘体的深入研究对于实现电子输运的反弱局域化效应、反常量子霍尔效应、拓扑磁电效应、磁单极子、费米子与拓扑超导体等奇特性质有很大的帮助。因此被认为在自旋电子学、低能耗自旋电子器件、容错量子通信、量子计算等方面有着在的技术应用,拓扑绝缘体一直处于一个非常活跃的研究领域的核心。在众多拓扑绝缘体材料中,第二代三维拓扑绝缘体,和因为具有较大体带隙和最简单表面芷祝谀厶锢砗筒牧衔锢淼攘煊蛞鹆斯惴汗注。然而实际中,可制备的,和材料中却存在着大量的本征缺陷,表面态被埋在块材中,这使得拓扑绝缘体材料奇异物理现象的实现受到影响,因此,如何抑制拓扑绝缘体材料,和的本征缺陷并实现对电子结构的有效调控成了该研究领域亟待解决的问题。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统探究拓扑绝缘体薄膜材料的电子结构和磁性,得到了一些有意义的理论结果。期望这些理论结果能解释一些实验现象和物理本质,为拓扑绝缘体材料电子器件的制备、设计和调控等相关实验研究提供理论指导。蛟痈哺嵌酝仄司堤錽∧ね仄吮砻嫣亩刍饔谩研究了釉谕仄司堤錽∧け砻嫖接胩娲酝仄吮砻嫣影响。研究发现对于对称吸附,鸬搅硕刍饔茫ヒ坏依俗缎偷谋砻嫣榷ù嬖冢对于单侧吸附,结构的对称性被打破,来自上、下表面的表面态的简并被破坏,来自上、下表面的沿着高对称惴较蚍⑸贫6猿铺娲砻孀钔獠原子时,狄拉克锥型的表面态仍稳定存在,拓扑性质保存完好,亩猿铺娲芎玫保持了拓扑表面态。和牡ゲ辔较啾龋瑂的单侧替代重构了结构的对称性,使得的单侧替代,对的拓扑表面态的影响较小,拓扑性质保留。我们的理论结果验证了拓扑绝缘体的拓扑表面态对非磁杂质的免疫能力,但同时结构的对称性也需考虑。4判栽硬粼佣酝仄司堤錌∧さ缱咏峁沟牡髦坪陀盏即判缘难芯俊
研究了过渡金属原予蚆在拓扑绝缘体薄膜上表面吸附和掺杂的电子结构和磁性。研究发现磁性原子能诱导自旋极化,产生磁矩盏嫉木淮啪匚/ü鼶分析,发现的态和的态产生了甦杂化,的态与的态产生了踊4判栽拥牟粼哟蚱屏局域时间反演对称性,使得上表面的能带发生劈裂,来自上表面的消失,而未经掺杂的下表面的拓扑表面态仍然存在,费米能级上移至体带隙中,狄拉克锥相对费米能级下移。为实现绝缘有质量衙鬃犹峁┝颂跫贝判粤W拥牡ゲ嗖粼佣避免有限尺寸的拓扑绝缘体薄膜上下表面的相互作用、保留无带隙的孤立表面态的研究有一定的指导意义。甌拥牟粼佣酝仄司堤錌∧さ缱咏峁沟牡髦谱饔谩研究了原子的表面吸附和替位掺杂对拓扑绝缘体电子结构的调制,的单侧吸附能诱导薄膜能带结构的劈裂,来自上下两个表面的表面态的简并消失,上下表面形成的型的表面态仍然存在,但是上表面形成的下移到了价带中,下表面形成的仍然在带隙中,费米能级上移进入导带,因此原子的吸附对薄膜的能带结构的调制不是很理想。但是当原子替代掺杂第一中第二层原子时,一个理想的孤立的出现,并且现在费米能级处,我们的研究给出了对拓扑绝缘体薄膜能带调制的一种可行方案。关键词:拓扑绝缘体,电子结构,磁性,自旋轨道耦合,密度泛函理论Ⅱ
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目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯自旋电子学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.自旋霍尔效应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.量子自旋霍尔效应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.量子反常霍尔效应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.拓扑绝缘体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..⒄褂胝雇璴研究方法和研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第二章理论基础及计算方法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯绝热近似⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯密度泛函理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯定理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...钟蛎芏冉和广义梯度近似布洛赫定理和平面波基矢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..第三章硫原子覆盖对薄膜拓扑表面态的钝化作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯引言⋯