二维有机拓扑绝缘体的研究进展

新材料的发现促进了科学与技术的进步.拓扑绝缘体是近期材料领域新的研究热点,相关研究的进一步深入,不仅加深了人们对材料物理性质的理解,也为其在自旋电子学和量子计算机等领域的潜在应用提供了有价值的参考.近年来,理论工作预测了一系列由金属和有机物构筑的二维有机拓扑绝缘体,本文主要介绍六角对称的金属有机晶格与Kagome金属有机晶格两类典型的二维有机拓扑绝缘体的研究进展,其中重点介绍了理论预测的氰基配位二维本征有机拓扑绝缘体.除了理论计算方面的工作,还简要介绍了关于二维有机拓扑绝缘体材料合成方面的实验工作.二维有机拓扑绝缘体的理论与实验研究不仅拓展了拓扑绝缘体的研究体系,还为寻找新的拓扑绝缘体材料提供了思路.     

Bi_2Sr_2CuO_y晶体中电子局域化

测量了不同Bi_2Sr_2CuO_y晶体ab平面内的电阻率-温度变化关系.发现在体系从金属到绝缘体的变化过程中,电子导电首先表现出低温下的二维弱局域化行为,然后逐渐过渡到强局域化的变程跳跃传导行为.依据实验结果对氧化物超导材料在低载流子浓度下的金属—绝缘体转变进行了讨论. 关键词：     

Sr掺杂对La_(1-x)Sr_xMnO_3/LaAlO_3/SrTiO_3界面电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了La_(1-x)Sr_xMnO_3层中Sr的掺杂方式和掺杂量对4La_(1-x)Sr_xMnO_3/3LaAlO_3/4SrTiO_3(LSMO/LAO/STO)异质结构原子和电子结构的影响.结果表明:对于相同的Sr掺杂量,掺杂方式的差异对体系电子结构的影响微弱,不会导致体系发生金属-绝缘体转变;掺杂量的不同对体系电子结构有着显著的影响,当Sr的掺杂量较少时,LAO/STO界面处存在着准二维电子气,当Sr的掺杂量高于1/3时,LAO/STO界面处准二维电子气消失.我们相信,Sr的引入以及通过Sr掺杂量的改变可以对LSMO覆盖层极化进行调控,这也是导致体系LAO/STO界面处金属-绝缘体转变的可能原因,进一步为极化灾变机制导致的界面处电子重构提供了证据.     

介观和低维体系中值得关注的一些物理问题

本文简单叙述了决定介观体系尺寸的退相位长度的物理含义,以及目前在介观和低维体系中值得关注的几个物理问题。从近期的发展看,退相位时间的低温饱和,二信电子系统的金属－绝缘体相变,正常金属／超导介观体系,准一维体系和分数量子化霍尔效应体系,以及单电子器件及其相关物理问题的研究是应该注意的重要方面。     

单晶石墨、多晶石墨电导行为的差异

报道了单晶石墨、多晶石墨电导行为的差异.在8.15T磁场下，4.5K处单、多晶石墨的正磁电阻效应分别为69400%，170%，同时在0T，8T磁场作用下，多晶石墨的电导行为呈现类绝缘体型性质，但在单晶石墨中我们发现了与磁场相关的类半金属-绝缘体型转变，通过分析，我们认为：单、多晶石墨电导行为存在较大差异的原因可能来源于库仑相互作用在高定向热解石墨中变得不可忽视，而多晶石墨样品却存在晶界散射. 关键词： 半金属石墨 类半金属-绝缘体型转变     

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     

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.     

二维半充满Hubbard模型有限温度下绝缘体──金属相变的研究

二维半充满条件下的Ｈｕｂｂａｒｄ模型，在有限温度下，是否经历一绝缘体—金属相变？在现有的文献中，这一直是一个有争议而又重要的问题。本文采用巨正则量子Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法，计算了二维半充满条件下Ｈｕｂｂａｒｄ模型的比热和电导率。对不同的库仑排斥势Ｕ（２ｔ－８ｔ），比热曲线在高温区出现一个峰，同时电导率在相应温区呈现一突然上升。因此，计算结果支持存在这样一个相变。 关键词：     

Bi(110)薄膜在NbSe_2衬底上的扫描隧道显微镜研究

二维拓扑绝缘体因其特殊的能带结构带来的新奇物理性质,成为近年来凝聚态物理的研究热点.尤其是在引入超导电性之后,二维拓扑绝缘体中可能存在马约拉纳费米子(Majorana fermion),因此在量子计算方面具有重大应用前景.在Bi(111)薄膜被证实为二维拓扑绝缘体之后, Bi(110)薄膜引起了广泛关注,然而其拓扑性质还存在争议.本文利用分子束外延技术在室温低生长速率环境下成功制备出了高质量的单晶Bi(110)薄膜.通过扫描隧道显微镜测量发现,薄膜以约8个原子层厚度为分界,从双层生长转变为单层生长模式.结合隧道谱测量发现,在NbSe_2衬底上生长的Bi(110)薄膜因为近邻效应而具有明显的超导性质,但并未显示出拓扑边缘态的存在.此外,对薄膜中特殊的量子阱态现象也进行了讨论.     

高度取向石墨的巨磁电阻效应

石墨是准二维半金属材料，然而在通常细晶粒、无取向的石墨中并没有发现很大的磁电阻效应.在高度取向的石墨中发现了巨大的正磁电阻效应，在8.15 T的外磁场中，4.2，300 K温度下的磁电阻分别高达85300%和4950%.生产这一巨磁电阻效应的机制除正常磁电阻效应外，可能源于磁场诱导的类金属-绝缘体的转变 关键词： 磁电阻效应 石墨     

单轴压力下Ge2X2Te5(X=Sb,Bi)薄膜拓扑相变的第一性原理研究

随着拓扑绝缘体的发现, 材料拓扑物性的研究成为凝聚态物理研究的热点领域. 本文基于第一性原理计算, 研究了化合物Ge₂X₂Te₅ (X=Sb, Bi) 的块体结构和二维单层和双层薄膜结构的拓扑物性, 以及单双层薄膜在垂直方向单轴压力下的拓扑量子相变. 研究发现, A型原子序列排列的这两种化合物都是拓扑绝缘体, 其单层薄膜都是普通金属, 而双层薄膜都是拓扑金属, 单层和双层薄膜在单轴加压过程中都没有发生拓扑量子相变; 这两种化合物的B型原子序列的晶体是普通绝缘体, 其所对应的薄膜, Ge₂Sb₂Te₅单层是普通金属, 双层薄膜和Ge₂Bi₂Te₅的单层和双层薄膜均为普通绝缘体, 但是在单轴加压过程中B 型原子序列所对应的单层和双层薄膜都转变为拓扑金属.     

Nd0．3Sro．7Mn1-xCrxO3（0．01≤x≤0．15）的低温热导率研究

报道Nd0．3Sro．7Mn1-xCrxO3（0．01≤x≤0．15）的热导率在10-300K温区内随温度和Cr含量的变化关系,在所测温区，随着Cr掺杂的增加，样品热导率值整体上逐渐减小，但在x=0．15时，出现反弹．热导率值在绝缘体-金属转变附近有很大提高，这个提高随Cr含量的增加逐渐被压制，直到x=0．15消失．分析指出热导率在绝缘体-金属转变附近的提高是由声子热导率和自旋相关热导率两部分贡献的；Cr掺杂通过电荷、晶格和自旋相互作用影响和制约了热导率随温度的变化,结果表明体系中自旋对热导率的调制作用是不可忽略的。     

Verwey相变处Fe3O4的结构、磁性和电输运特性

作为典型的金属–绝缘体转变,Fe3O4的Verwey相变蕴涵的丰富物理现象与微观机制,因而受到了人们的广泛关注.在Verwey相变处,Fe3O4的晶体结构、电子结构以及磁各向异性等均发生转变,但其磁基态并未发生改变.与其他强关联体系相比,Fe3O4的Verwey相变不需要考虑磁交换耦合作用的变化,有利于揭示强关联体系中金属–绝缘体转变的物理本质.本文从晶体结构、电荷有序、电输运特性、磁性和铁电特性等方面简要地介绍了Fe3O4的Verwey相变的研究历史和现状.     

单层二维量子自旋霍尔绝缘体1T'-WTe2研究进展

量子自旋霍尔效应通常存在于二维拓扑绝缘体中,其具有受拓扑保护的无耗散螺旋边界态. 2014年,理论预言单层1T’相过渡金属硫族化合物是一类新型的二维量子自旋霍尔绝缘体.其中,以单层1T’-WTe₂为代表的材料体系具有原子结构稳定、体带隙显著、拓扑性质易于调控等许多独特的优势,对低功耗自旋电子器件的发展具有重要的意义.本文总结了单层1T’-WTe₂在实验上的最新进展,包括基于分子束外延生长的材料制备,螺旋边界态的探测及其对磁场的响应,掺杂、应力等手段在单层1T’-WTe₂中诱导出的新奇量子物态等.也对单层1T’-WTe₂未来可能的应用前景进行了展望.     

铁基超导体多轨道模型中的电子关联与轨道选择

大部分铁基超导体的正常态呈现坏金属行为, 这表明体系中存在较强的电子关联效应. 最近的实验与理论研究显示, 铁基超导体中的电子关联具有多轨道的特征. 本文介绍与评论铁基超导体多轨道哈伯德模型中电子关联方面理论研究的最新进展; 着重讨论以隶自旋技术为代表的一系列量子多体计算方法在研究多轨道系统中金属绝缘体相变的应用. 理论计算给出了铁基超导体多轨道哈伯德模型基于电子关联的基态相图. 在对应母体化合物的电子填充数时, 基态存在从金属到绝缘体的莫特转变. 临近莫特转变, 体系呈现坏金属行为; 其电子性质存在较强的轨道选择性. 轨道选择性的强弱与体系中的洪德耦合和轨道的晶体场劈裂密切相关. 对钾铁硒系统, 研究发现其基态相图存在轨道选择莫特相: 其中铁的3d xy轨道已被莫特局域化, 但其他3d轨道电子仍具有巡游性. 这一新相的发现, 对理解以钾铁硒为代表的一大类铁基超导体正常态与超导之间的联系提供了重要线索.     

Mn的价态对La0.8Ba0.2MnO3电磁性能的影响

在2—390K温度之间研究了La_0.8Ba_0.2MnO₃的 磁矩、磁电阻与温度的关系.发 现以不同价态的Mn元素引入得到的La_0.8Ba_0．2MnO₃ ，性能虽然都存在金属 —绝缘体转变，以及在磁场作用下居里温度附近电阻率变化非常显著的特点，但是价态对磁 性转变温度T_C，金属—绝缘体转变温度T_mi，以及磁电阻极大 值温度T_MR的影 响都非常显著.三种价态相比较，使用二价Mn的电阻率最低以及磁性转变温度更接近室温.认 为影响材料性能的主要因素是材料制备时引进的Mn元素的价态，由于原料价态的不同而形成 的氧空位浓度变化，进而影响了Mn⁴⁺/Mn³⁺的比. 关键词： 价态 磁电阻 居里温度 金属—绝缘体转变     

新型二维材料在固体激光器中的应用研究进展

本文主要介绍了二维可饱和吸收体材料在固体激光器中的应用与研究进展。简要介绍了新型二维材料的性质和优点。以石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等新型二维材料为例分析了它们在固体激光器中实现调Q或锁模的过程,展示了二维材料在脉冲固体激光研究中的重要应用前景。二维材料与固体激光器的结合,可进一步推进二维材料的研究,有望开发出大量新型固体激光器件并且作为基础光源应用于多个领域,推动相关领域的发展。     

半掺杂Sm0.5Ca0.5MnO3体系的电荷有序和再入型自旋玻璃行为

研究了半掺杂锰氧化物Sm_0.5Ca_0.5MnO₃体系的结构、输运和磁特性，结果表明，在半掺杂情况下，该体系呈现O′类正交结构，表明体系存在典型的Jahn-Teller效应畸变；输运结果在整个测量温区均呈现半导体导电行为，没有出现金属－绝缘体(M-I)转变和CMR效应；电荷有序转变发生在T=270K左右，反铁磁转变温度出现在200K附近，且表现出典型的再入型自旋玻璃(spin-glass)行为，自旋玻璃转变温度T_SG在4 关键词： 自旋玻璃 电荷有序 负磁化现象 多相竞争     

在铁基超导体中观察到绝缘体-超导体转变

铜氧化合物高温超导体的母体普遍认为是反铁磁的Mott绝缘体,超导电性的产生是通过掺杂引入载流子,压制反铁磁态导致的绝缘体-超导体转变而实现的。与铜氧化合物高温超导体不同,铁基超导体的母体虽然也大多具有反铁磁结构,但却表现为导电性较差的金属特性。因此,关于铁基超导体中电子关联的强弱以及Mott绝缘体图像是否仍然适用于铁基超导体,一直存在着争议。中国科学     

Nd0.5Ca0.5Mn0.97Co0.03O3体系的超声研究

系统研究了Nd0.5Ca0.5Mn0.97Co0.03O3单相多晶样品在低温下的电磁性质和超声特性.超声测量结果表明,体系在低温下超声声速出现异常,超声声速从室温开始随着温度的降低逐渐减小,并在220K附近声速达到最小,其相对变化(ΔV/V)超过2%.之后,随着温度的进一步降低,声速急剧硬化,其相对变化达到14.5%.分析表明这是由于体系中电-声子相互作用导致的电荷有序态转变的结果,该电声子耦合来源于Mn3 的JahnTeller效应.同时,该体系在100K左右出现了金属绝缘体转变同时伴随着铁磁相变,分析表明在低温下Co离子与Mn离子之间存在着铁磁交换作用,因此微量的Co掺杂会在反铁磁区域内形成部分铁磁小团簇,当铁磁团簇连通后,体系由反铁磁电荷有序态(AFMCO)向铁磁金属态(FMM)转变.研究结果表明了样品在电荷有序相变温度TCO与金属绝缘体转变温度TMI之间(TMI相似文献