文档介绍：原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者:至d咀午日期罗璋汨如日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者(签名):酗麓啤日期一哗绸弦日中文摘要中文摘要拓扑绝缘体作为一种全新的量子物质形态,受到人们广泛关注。因为它具有较强的自旋轨道耦合作用,所以拓扑绝缘体表面呈现无能隙的金属态而体内呈现绝缘体态。这种拓扑绝缘体表面金属态完全受其电子态的拓扑结构所决定, 在时间反演对称性的保护下,不会因杂质或缺陷的存在而消失。这些新奇的特征使拓扑绝缘体在自旋电子学和量子计算等领域有着重要的应用前景。因此, 在拓扑绝缘体方面的研究越来越多。本文从拓扑表面态对磁性原子相互作用方面,用第一性原理计算方法做了相关计算模拟研究。本文的主要内容如下: 第一章,首先简单综述了拓扑绝缘体材料的研究历史:拓扑绝缘体材料的发现、基本性质以及最近在该领域相关理论及实验研究成果。第二章,主要介绍本文模拟计算研究过程中所用的基础理论和计算模拟方法。第三章,介绍了我们对拓扑绝缘体家族中的三维拓扑绝缘体材料(Bi2Se3 和Bi2Te3)的块体以及表面的基本性质的能带结构和电子态密度的第一性原理模拟计算研究。在这些基本性质的计算模拟中,我们的研究结果分别呈现出了拓扑绝缘体内部的自旋轨道耦合相互作用、不同厚度薄膜、完整表面和缺陷表面的表面态存在情形(这里我们所取体系主要为Bi2Se3和Bi2Te3两种材料的(1l 1) 晶面)。同时参照实验及理论上Bi2Se3材料的(111)面上缺陷的形成情况,我们又计算了不同厚度的两种材料的(111)面上的缺陷形成能,并将同种厚度的两种材料分别进行对比,为表面态对磁性原子的吸附研究工作提供了依据。第四章,在上一章基础上,我们以Bi2Te3材料作为衬底,在其(111)表面上进行磁性原子铁原子的吸附研究。首先我们分别对不同厚度(IQL和2QL) Bi2Te3材料的(111)面、含一个Te原子缺陷和完整表面上进行单个铁原子的吸附(位和HCP位吸附),并计算体系磁性,发现铁原子吸附于完整表面以及缺陷表面的情况下均被吸附到表面体系最上层原子缝隙中。我们通过对整个吸附体系能带、态密度以及STM模拟图像分析得知,铁原子的d电子和衬底原子的P电子之间发生了相互作用。与自由气相铁原子相比, 铁原子吸附到拓扑绝缘体表面上后磁性明显减小。同时,存在表面态(2QL)和不中文摘要存在表面态两种情况下,。这说明拓扑表面态对磁性原子的磁性起到一定的调控作用。第五章,总结全文。我们通过对拓扑绝缘体表面态的基本性质以及其表面结构上磁性原子吸附的研究,发现拓扑绝缘体(Bi2Te3)的P电子态和铁原子的 d电子态发生相互作用。同时我们的结果也证明了表面态对被吸附磁性原子的磁性起到一定的调制作用。我们的工作既为理论上磁性吸附提供理论解释又为化学催化工业打下基础。关键词:第一性原理计算;量子自旋霍耳效应; 拓扑表面态; 磁性原子吸附: 自旋调控 AbsIract Abstract Topological insulatorOq)is anew quantum matter which iswidely concelTled bY of the spin-orbit coupling interaction,the topological insulators has themetallic surface state and the insulative bulk ’Ssurface electronic stateisdetermined by the topological structure ofthe electron states, protected by thetime reversal symmetry,therefor,the robust surfacequantum state carl survive wi