拓扑狄拉克半金属

<正>拓扑狄拉克半金属是一种全新的奇特拓扑量子材料。这种材料的体电子形成了三维的狄拉克锥结构,所以可以看作是"三维的石墨烯"。另外,由于这种材料的电子结构具有非平庸的拓扑性质,它也有和拓扑绝缘体类似的表面态。这些独特的电子结构在最近的高分辨光电子谱实验中得到了证实。封面图中是Na3Bi,第一个被实验证实的三维拓扑狄拉克半金属的能带结构:内部的线     

三维拓扑磁振子在真实材料体系中的实现

正将"拓扑"这一数学概念引入物理学后,一方面推动了基础物理学研究的发展,另外一方面也促使了大量新颖拓扑量子材料的出现,例如石墨烯[1]、拓扑绝缘体[2]、三维狄拉克半金属以及外尔半金属[3]等,极大地丰富了材料科学,为低耗散、更稳定的下一代电子器件的发展奠定了材料基础。在这类拓扑材料中,系统的对称性在拓扑电子能带的形成中发挥着极为重要的作用。例如在石墨烯或者三维的狄拉克半金属材料中,系统受到空间     

质子辅助生长超平整石墨烯薄膜

正石墨烯(graphene),碳原子组成的二维蜂窝状结构,是构成其他碳材料的基本单元,可以蜷曲成零维的富勒烯,弯曲成一维的碳纳米管,以及堆垛成三维的石墨~([1])。石墨烯有着独特的晶体结构和能带结构,有着区别于块体的多种特异物性,包括了力、热、光、电学等性能,有望在多种领域取得颠覆性的应用。正因为如此,石墨烯一经发现,便迅速成为物理、     

磁场中拓扑物态的量子输运

拓扑物态包括拓扑绝缘体、拓扑半金属以及拓扑超导体.拓扑物态奇异的能带结构以及受拓扑保护的新奇表面态,使其具有了独特的输运性质.拓扑半金属作为物质的一种三维拓扑态具有无能隙的准粒子激发,根据导带和价带的接触类型分为外尔半金属、狄拉克半金属和节线半金属.本文以拓扑半金属为主回顾了在磁场下拓扑物态中量子输运的最新工作,在不同...     

层状磁性拓扑材料中的物理问题与实验进展

层状磁性材料与拓扑材料的交汇点同时结合了二者的优势,形成了在最小二维单元下同时具有磁序和拓扑性的材料体系,即层状磁性拓扑材料.这类材料的电子结构中可能存在狄拉克点、外尔点、节线等具有螺旋性或手性的拓扑电子态,同时涵盖了绝缘体、半金属和金属等的材料分类,导致新物性、新现象成为可能,因此引起了广泛的关注.本文主要以具有层状结构的本征磁性拓扑绝缘体、磁性外尔半金属、磁性狄拉克半金属等为例简要综述磁序与拓扑序之间的相互作用和近期部分的重要实验结果.此交叉材料领域方兴未艾,候选材料仍然非常缺乏,亟待进一步的开发和研究,是当前一个富有挑战的凝聚态物理前沿.     

二维拓扑材料的新进展——纯平锡烯中存在大的拓扑能隙

<正>近年来,得益于拓扑物理理论和二维材料制备的迅速发展,以量子自旋霍尔绝缘体为代表的二维拓扑材料的研究受到热切关注~([1, 2])。早在2005年前后,理论表明在二维材料体系如石墨烯~([3])和HgTe量子阱体系~([4])中由于自旋轨道耦合作用而存在拓扑量子自旋霍尔效应。然而石墨烯中的碳是轻元素,自旋轨道作用非常微弱,所以其拓扑     

自旋轨道耦合视角下的二维狄拉克材料

石墨烯的发现引发了科学界探索新奇二维狄拉克材料的热潮。这类具有狄拉克线性能带色散特征的二维材料被认为是发展新物理,实现超高速、低能耗新型纳米器件的理想平台。文章首先回顾二维狄拉克材料研究的源起,然后从自旋轨道耦合作用的视角重点介绍四类代表性的二维狄拉克材料的研究进展,最后对相关领域进行总结和展望。     

相互作用拓扑绝缘体中拓扑不变量的计算取得进展

正拓扑物质形态,如具有拓扑序的量子霍尔态以及拓扑绝缘体,是近年来凝聚态物理领域最大的进展之一~([1—6])。在拓扑绝缘体中加入电子之间的强关联相互作用,研究可能涌现的新的拓扑物态,以及拓扑物态之间由于相互作用驱动的拓扑相变,是人们关心的问题~([7—29])。前期拓扑绝缘体的理论和实验研究,主要集中于无相互作用或弱     

拓扑量子体系中的长波光电探测

拓扑绝缘体是一类体态绝缘而表面态具有金属特性的材料,它作为一种全新的量子物质,引起了人们对新型拓扑相的关注.寻找自然界中新的拓扑材料已经成为近十几年来凝聚态物理中的研究热点.继拓扑绝缘体之后,能带结构的拓扑分类又被扩展到了金属体系,出现了另一类具有特殊电子结构的拓扑材料,即拓扑半金属.拓扑半金属的能带交叉点在费米能上,...     

磁性二硫化钼催化剂的制备及其催化性能研究

对硝基苯酚(4-NP)是自然界中一种常见的有机污染物,然而对硝基苯酚的还原产物对氨基苯酚(4-AP)有着广泛的应用,如止痛退热药物,抗腐蚀等领域~([1])。二硫化钼作为一种典型的层状结构的过渡金属二硫化合物,其在催化、电池等领域应用广泛~([2])。本文合成了一种磁性二硫化钼催化剂(Fe_3O_4@SiO_2@MoS_2),并用UV-Vis分光光度计监测4-NP的催化还原速率,发现该催化剂具有较佳的催化性能。     

第一类与第二类外尔半金属界面上的菲涅尔反射系数

作为一种新型拓扑材料,外尔半金属及其光学性质是当前凝聚态物理以及光学领域的研究热点。根据人们的最新研究成果,介绍了第一类与第二类外尔半金属界面上菲涅尔反射系数的计算方法,模拟并揭示了不同化学势下菲涅尔反射系数随入射角θ_i和狄拉克锥倾斜度α_t的演变规律。研究结果表明,随着化学势和狄拉克锥倾斜度α_t的变化,第一类与第二类外尔半金属的反射系数以及布儒斯特角呈现出不同的演变规律。理论上可以通过化学掺杂并测量外尔半金属界面上的菲涅尔反射系数来判断外尔半金属的种类。     

半金属磁性材料研究进展

半金属材料是一种新型的功能自旋电子学材料，是一种具有特殊能带结构的物质，近年来13益受到人们的关注。半金属材料从微观上具有导体和绝缘体双重性质：对一种自旋取向的电子其能带结构呈现金属性，而另一自旋取向的电子其能带结构呈现绝缘体性．文章着重对Half—Heusler结构半金属材料、CrO2铁磁半金属、Fe3O4亚铁磁材料半金属、反铁磁材料半金属和钙钛矿及双钙钛矿半金属的结构特性进行分析和综述，并对半金属材料的应用原理和应用前景作了阐述。     

漫谈第二类Weyl半金属

近日,清华大学物理系研究人员及合作者在Weyl半金属研究中取得新进展:首次在实验上观测到第二类Weyl半金属(MoTe_2)上的拓扑费米弧,在真实材料中证实了破坏洛伦兹不变性的第二类Weyl费米子的存在。相关文章于2016年9月6日在Nature Physics上发表~([1])。这是继去年第一类Weyl费米子得到证实之后凝聚态物理研究上的又一重大突破。什么是第二类Weyl费米子?它与第一类Weyl费米子有何区别?作者通过本文来做一个简单的介绍。     

探究微观世界的新方法——X射线傅里叶变换鬼成像

<正>自1914年Max Laue发现X射线晶体衍射后,X射线晶体学已经成为人类探索微观世界的强大工具,如生物分子结构和纳米材料研究等~([1—3])。然而,很多重要分子材料的结构信息,如膜蛋白,仍然难以得到,因为这些材料很难生长为较     

具有大磁晶各向异性能的单层BaPb的室温量子反常霍尔效应

具有巨大应用潜力的二维材料在纳米技术领域引起了人们极大的研究兴趣.基于第一性原理计算,本文预测了二维六角晶格BaPb体系具有室温量子反常霍尔效应.体系磁基态是铁磁半金属态,并且自旋极化的Pb-p轨道导致体系的时间反演对称性破缺.具有非零Chern数(C=1)的单层BaPb中非平庸拓扑性来源于全自旋极化的p_(x,y)轨道形成的二次型非狄拉克能带.不同于之前报道的p_z轨道形成的狄拉克拓扑态很容易被衬底破坏,p_(x,y)轨道形成的σ键非常稳定.当考虑自旋-轨道耦合作用时,二次型的非狄拉克点打开了接近177.39 meV的非平庸带隙.通过反常霍尔电导、陈数、贝里曲率和边缘态的计算,证实了 BaPb非平庸的拓扑性.此外,体系还表现出每个单元52.01 meV的大磁晶各向异性能.     

k=0处的类狄拉克锥

狄拉克锥在电子和经典波体系中分别被发现, 由于其线性能带关系, 伴随着很多独特的现象. 除了一般存在于布里渊区边界处的狄拉克锥, k=0处也存在包含线性能带关系的类狄拉克锥. 这个类狄拉克锥可以由单极子和偶极子的偶然简并而形成. k=0处的类狄拉克锥可以通过两维电介质光子晶体来实现, 利用等效媒质理论, 此时的光子晶体在类狄拉克点频率可以等效为介电常数和磁导率都为零的材料. 电介质双零折射率材料既可以避免阻抗的不匹配, 也可以避免体系推广到高频所引起的强烈损耗. 此外, k=0处的类狄拉克锥与双零折射率的概念可以从两维体系拓展到三维体系, 而且还可以从电磁波体系推广到声波和弹性波体系. 利用具有类狄拉克点的两维光子晶体, 在材料参数都偏离类狄拉克点条件的两个半无限大光子晶体所构成的界面中, 一定存在界面态. 这些界面态的存在可以通过层状多重散射理论得到的表面阻抗以及体能带的几何相位来彻底解释.     

应变调控下Tl2Ta2O7中的拓扑相变

拓扑电子材料因为具有非平庸的拓扑态,所以会展现出许多奇异的物理性质.本文通过第一性原理计算对应变调控下的烧绿石三元氧化物Tl₂Ta₂O₇中的拓扑相变进行了研究.首先分析了原子轨道投影能带,发现体系费米能级附近O原子的(px+py)与pz轨道发生了能带反转,再构造了紧束缚模型计算得到体系的Z₂拓扑不变量确定了其拓扑非平庸性,最后研究了表面态等拓扑性质.研究发现未施加应变的Tl₂Ta₂O₇是一个在费米能级处具有二次能带交叉点的半金属,而平面内应变会破缺晶体对称性进而使体系发生拓扑相变.当对体系施加–1%的压缩应变时,它会转变为狄拉克半金属;当对体系施加1%的拉伸应变时,体系相变为拓扑绝缘体.本研究对于在三维材料中调控拓扑相变有着较重要的指导意义,并且为低能耗电子器件的设计提供了良好的材料平台.     

半磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe光吸收边的压力效应

本文研究了室温下1—40kbar流体静压力范围内三元化合物半磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe光吸收边的压力效应。实验结果给出:x<0.5的样品,吸收边随压力增加向高能方向以α=6—8×10~(-3)eV/kbar的速率漂移,并具有10~(-5)/kbar~2量级的二级非线性系数;x≥0.5的样品,表观吸收边随压力增加向低能方向漂移,压力系数为α-5×10~(-3)eV/kbar。高压下所研究的样品均有一从闪锌矿结构到NaCl结构的相变发生。这一相变可以是不可逆的,相变压力与样品组分有关,大致在25—40kbar范围内。根据半导体能带畸变势效应和晶体场理论模型估计了压力系数的理论值,讨论了不同压力系数的物理原因。     

超冷原子实验验证量子相变的时空对称性

<正>当一个物理系统在发生连续相变的时候,微观尺度的细节不再扮演重要角色,一个宏观尺度的普适理论原则上可以描述相变的物理现象,无论此相变发生在什么具体的物理体系中,例如液氦超流体~([1]),液晶~([2]),生物细胞膜~([3]),超冷原子~([4,5]),甚至于整个宇宙早期的宏观结构~([6])。普适性理论对于描述平衡态物理已经取得相当大的成功。然而当系统快速通过相变过程的时候,其演化过程     

半金属磁体

半金属磁体是近些年来日益受到关注的一种新材料，也是物质具有一种新形态，在半金属磁体的能带结构中，两个自旋子能带分别具有金属性与绝缘性，从而产生自旋完全极化的传导电子，这一特性使它有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用，并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟崭新的领域，文章主要介绍了半金属磁体的命名、特征和几种典型的材料，回顾了在寻找半金属磁体过程中的理论计算和实验研究的发展历程，并对巳在半金属磁体材料中发现的一些具有应用价值的磁输运现象作了阐述。