二维薄膜堆垛成的三维拓扑金属_半金属

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1、学校代码10530学号201510121184分类号O046密级硕士学位论文二维薄膜堆垛成的三维拓扑金属/半金属学位申请人龚城指导教师陈元平教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理二〇一八年六月八日3DTopologicalMetals/SemimetalsFormedbyStacking2DNanosheetMaterialsCandidateChengGongSupervisorProfessorYuanpingChenCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramPhysicsSpecializationC

2、omputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2018湘潭大学硕士学位论文摘要二维薄膜材料是近年来凝聚态物理领域关注的热点。随着材料制备技术的发展，许多二维薄膜材料被陆续制备出来，比如石墨烯、硅烯和硼烯等。这些材料中既有绝缘体，也有半导体、半金属和金属，它们可以广泛的应用到材料、微电子、生物等领域。同时，材料的拓扑性质是凝聚态物理的另一研究热点，半金属和金属由于具有丰富的拓扑相更是引起了大家的广泛关注。在拓扑半金属和金属中，其能带通过相交可以形成狄拉克点、三重简并点、

3、节点线（Nodalline）和节点环（Nodalring）等拓扑相，并受到不同种类的对称性保护。当材料的对称性破缺时，它的能带会产生有趣的拓扑相变。虽然一些二维薄膜材料也具有拓扑性质，但是由于维度的限制，与三维材料相比，它们的拓扑相种类较少。在本论文中，为了拓展二维薄膜材料的应用范围，发现新的拓扑相，我们通过堆垛二维薄膜的方式寻找三维拓扑材料，并对其拓扑性质进行研究。本论文分成五章：第一章，本章介绍了二维薄膜材料的主要成员，以及使用二维材料构造三维材料的方法。同时，介绍了拓扑理论的发展、拓扑半金属和金属的主要拓扑相。最后，介绍了该论文的研究意义和内容安排。第二章，本章介绍了密度泛

4、函理论，紧束缚近似理论和k·p微扰理论。第三章，介绍了第一个工作“单层半导体堆垛成点式相交节点环”。一方面，我们构造了一个相交节点环的紧束缚模型，对拓扑相进行了分类，并总结了一个形成相交节点环的普适条件。另一方面，通过堆垛二维薄膜半导体，我们预测了若干相交节点环半金属。该类材料具有奇异的输运性质，包括拓扑表面态和朗道能级。我们还总结了一个构造相交节点环半金属的指导性原则，阐明了构建节点线半金属的基本方法。第四章，介绍了第二个工作“在层状材料中构造三重简并点和Nexus点”。该工作通过堆垛二维薄膜材料，同时得到了三重简并点和Nexus点两种拓扑相。堆垛材料由单层六角氮化硼、α硼烯和

5、αꞌ硼烯组成。单层六角氮化硼虽然是绝缘体，但在垂直于薄膜层的方向上，氮化硼和硼烯的层间作用导致了这两种拓扑相的形成。α硼烯和六角氮化硼的层状结构可以得到三重简并点，而六角氮化硼和αꞌ硼烯的层状结构由于破坏了镜面对称得到了Nexus点。第五章，本章总结本论文完成的工作，展望未来的研究方向。关键词：二维薄膜材料；三维拓扑材料；拓扑半金属；相交节点环。I湘潭大学硕士学位论文Abstract2Dnanosheetmaterialshavebeenoneofthemostattractivefieldsofcondensedmatterphysicsinrecentyears.Withth

6、edevelopmentofmanufacturetechnology,manykindsof2Dnanosheetshavebeengraduallyprepared,suchasgraphene,siliceneandborophene.Thesematerialsincludeinsulator,semiconductor,semimetalandmetal.Theycanbewidelyappliedtomaterial,microelectronic,biologyandotherfields.Atthesametime,topologicalpropertyofmat

7、erialisanotherattractivefieldofcondensedmatterphysics.Topologicalsemimetalsandmetalshaveattractedattentionwidelybecauseoftheirrichtopologicalphases.Intopologicalsemimetalsandmetals,theirbandcrossingscanformDiracpoint,triplepoint,nodallineandn