镧铱硅电子结构与成键机理的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了镧铱硅（La-Ir-Si）体系四种异构体的电子结构与成键机理．通过对能带结构、态密度的系统分析,发现：La-Ir-Si体系的超导属性与该体系中过渡元素Ir-d态和Si-p态的p-d轨道耦合强度有关．为了定量描述p-d轨道耦合的强度,采用了分子中的原子方法,针对La-Ir-Si体系成键过程中的电荷迁移进行了定量的分析,结果表明,超导的转变温度与体系中Ir原子basin中的电荷量成近线性关系． 关键词： La-Ir-Si 电子结构 超导属性 第一原理     

STM/STS实验中单电子隧道现象的观测

报道在低温(4.2K)条件下利用STM/STS实验方法对过渡族金属二硫族化合物1T-TaSe₂的观测结果,明确得到了1T-TaSe₂中电荷密度波超晶格以及原子晶格的直观图像,并且给出了有关电荷密度波能隙的隧道谱结果,通过选择高纯度Fc以及不锈钢金属材料作为探针,还得到了单个隧道结构中单电子隧道(SET)效应的实验证据,即“库仑阻塞”(Coulomb blocade)效应,并以此说明STM隧道结中探针表面氧化层对实验结果的影响。     

准一维电荷密度波材料Ta2NiSe7 的转角及变温拉曼光谱研究

近年来, 低维过渡金属硫族化合物Ta2NiSe7 因其独特的电荷密度波和特殊的拓扑能带结构而引起广泛关注. 本文利用拉曼光谱技术对准一维电荷密度波材料Ta2NiSe7 的声子模式进行了系统研究. 角度依赖的偏振拉曼光谱实验表明室温下可以观测到19 个拉曼峰, 且所有观察到的拉曼模式强度随样品旋转呈周期性变化, 这意味着Ta2NiSe7 具有较高的面内各向异性. 通过群论分析, 我们确定了拉曼峰的具体模式为Ag 和Bg 两种原子振动模式. 在温度依赖的偏振拉曼光谱测量中, 我们在低温下还观察到了新的声子峰, 推测与电荷密度波结构调制引起的晶格畸变有关. 本研究提供了对Ta2NiSe7 声子振动的全面理解, 这可能为进一步研究电荷密度波与声子振动之间的关联提供参考意义.     

过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn，Fe，Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn，Fe，Co单掺杂相近，但是过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO. 关键词： ZnO 第一性原理 电子结构 光学性质     

二硫化钼的电子能带结构和低温输运实验进展

二硫化钼是一种层状的过渡金属硫族化合物半导体,它在二维自旋电子学、谷电子学及光电子学领域有很多的应用.本综述以二硫化钼为代表,系统介绍其单层、双层及转角双层的堆垛和能带结构;介绍了转角双层莫尔超晶格的制备方法、以及低温电学输运方面的实验进展,例如超导和强关联现象;分析了转角过渡金属硫化物莫尔超晶格在优化接触和样品质量等方面存在的一些挑战,并展望该领域未来的发展.     

转角半导体过渡金属硫族化物莫尔超晶格中的新奇物态

通过转角或晶格失配构造莫尔人工超晶格,可以对二维材料的能带结构进行有效调控并产生平带,为研究量子多体物理提供了全新的平台.转角过渡金属硫族化物(TMDs)半导体莫尔超晶格中的平带存在于较大的转角范围,并且具有自旋-能谷互锁的能带结构以及优异的光学特性,受到了广泛的关注.本文聚焦于转角TMDs半导体,介绍了近年来实验上发现的多种新奇物态,包括莫特绝缘态、广义维格纳晶体、非平庸拓扑态、莫尔激子等;还进一步讨论了对这些新奇物态的调控及其机制,并展望了莫尔超晶格这一新兴领域未来的研究方向.     

中国科学技术大学高温超导物理研究新进展

在中国科学技术大学(以下简称中国科大)建校50周年之际,文章作者对近年来中国科大在高温超导物理方面的最新研究进展情况作一介绍,包括新型高温超导材料探索研究和高温超导机理实验研究.在新型高温超导材料探索研究方面,文章作者首次发现了除高温超导铜基化合物以外第一个超导温度突破麦克米兰极限(39 K)的非铜基超导体--铁基砷化物SmO1-xFxFeAs,该类材料的最高超导转变温度可达到55K;中国科大还成功地制备出大量高质量的超导化合物单晶,包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高温超导机理实验研究方面,中国科大系统地研究了SmO1-xFxFeAs体系的电输运性质给出了该体系的电子相图;发现了在电子型高温超导体中存在反常的热滞现象和电荷-自旋强烈耦合作用;在NaxCoO2体系中也开展了系列的工作,并且首次明确了电荷有序态中小自旋的磁结构问题;此外,还系统地研究了CuxTiSe2体系中电荷密度波与超导的相互关系.     

转角二维量子材料中平带相关的新奇电子态物性

二维量子材料具有诸多新奇的电子态物性,又易受到外部因素的影响和调控,因此成为近年来凝聚态物理等研究领域的前沿课题之一.而当以不同的旋转角度和堆叠次序制备出二维量子材料的异质结时,莫尔超晶格的形成又进一步诱导了异质结电子能带结构的重整化,从而形成电子平带结构,再结合外加电场、磁场、应力场等外部条件,即可实现对材料整体新奇物性的设计与调控.本文主要围绕转角石墨烯及过渡金属硫族化合物异质结中的相关研究展开讨论,包括与平带物理相关的强关联效应、非常规超导现象、量子反常霍尔效应、拓扑相以及电子晶体等行为,并对未来的研究发展进行了展望.     

低维材料中的电荷密度波

电荷密度波(charge density wave, CDW)是低维体系中存在的一种重要的物理现象,对CDW的研究有助于人们对低维系统中内禀电声子耦合和关联等相互作用有更深层次的认识,同时通过对材料中CDW的精准调控可以有效控制低维材料中磁性、超导等物理性质. CDW的研究最早起源于一维和准一维材料,本文首先简要介绍了CDW的一些基本性质和一维体系中CDW的一些研究.而近些年的研究发现CDW在很多二维材料中普遍存在.本文将着重介绍二维材料中CDW的最新研究进展.通过介绍二维材料中CDW的基本物性和产生机理,讨论CDW与Mott相、超导序和其他序(自旋密度波、配对密度波)之间的相互作用;探讨CDW中存在的多电子集体激发和手性性质;介绍掺杂、高压和激光脉冲等手段对CDW的调控;最后展望相关领域中可能的研究方向.     

过渡金属的超导电理论

1.实验证明,过渡族超导体的很多性质可以在BCS理论中获得解释,只要形式上把BCS理论中的N(0)理解成Fermi能级处s带和d带态密度之和。这些性质有:比热,临界磁场,能隙等。 过渡金属的特点是s带和d带重迭,Fermi能级位于s带和d带之中。过渡金属的很多性质和这个特点有关。Suhl,Matthias和Walker把BCS理论推广到重迭能带的情形,企图给出较为合理的过渡金属超导电理论。在二能带模型的基础上,BCS哈密顿量推广成     

低维混合金属卤化物中的电荷转移机理

在混合卤素金属卤化物中,两种单体内的电子-声子和电子-电子相互作用的差异会导致电荷从一种单体转移到另一种单体内,进而影响到这种混合结构的电荷密度波(CDW)性质.计算发现电荷的自发转移是两单体能带发生相互作用的结果;这种电荷转移是导致混合系统稳定性的主要物理因素;简单的单体长短并不是决定电荷转移数量的主要因素,两种单体的相对配比x起着关键性的作用. 关键词： 电荷转移 电荷密度波     

六角氮化硼(h-BN)对单层硒化铟(InSe)的调制效应及这一新结构的电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算和分析了三种InSe/h-BN异质结的结构和电子性质.研究发现InSe/h-BN异质结具有间接带隙特点,并且价带顶和导带底的贡献均来自于InSe,差分电荷密度表明体系中没有明显的电荷交换.通过体系能带结构,我们发现h-BN层对单层InSe有着明显的调控效应.对比纯粹应变调控下单层的InSe的能带结构,发现h-BN对InSe能带结构的调控效应实际上是由InSe和h-BN之间的相互作用而诱导的晶格应变引起的.我们的研究结果表明,单层InSe沉积或生长在不同h-BN片上可以获得不同的晶格应变,实现对单层InSe能带结构的有效调控.     

掺杂对金属-MoS_2界面性质调制的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了卤族元素掺杂对金属-MoS_2界面性质的影响,包括缺陷形成能、电子能带结构、差分电荷密度以及电荷布居分布.计算结果表明:卤族元素原子倾向于占据单层MoS_2表面的S原子位置;对于单层MoS_2而言,卤族元素的掺杂将在禁带中引入杂质能级以及导致费米能级位置的移动.对于金属-MoS_2界面体系,结合Schottky-Mott模型,证明了卤族元素的掺杂可以有效地调制金属-MoS_2界面间的肖特基势垒高度.发现F和Cl原子的掺杂将会降低体系的肖特基势垒高度.相比之下,Br和I原子的掺杂却增大了体系的肖特基势垒高度.通过差分电荷密度和布居分布的分析,阐明了肖特基势垒高度的被调制是因为电荷转移形成的界面偶极矩的作用导致.研究结果解释了相关实验现象,并给二维材料的器件化应用提供了调节手段.     

表面磁性的新探针──极化低能正电子

近几年表面磁性研究日渐话跃,理论上已能定量计算过渡族铁磁材料的表面电子性质,如能带结构、电荷密度、自旋密度、表面态等.与此同时也发展了各种探测表面磁性的实验技术,如极化的光电子发射、极化低能电子散射、中子反射、铁磁共振等等.通常,表面磁性的探测是很困难的.原因是     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下，采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd₂Co₂Al的电子结构和磁性. 从平均场近似出发，估算了体系的居里温度，并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd₂Co₂Al为金属导体，其强的铁磁性的提供者主要是Gd，且Co的局域铁磁性是不稳定的. 基于LSDA近似的计算表明Gd₂Co₂关键词： 稀土过渡族金属间化合物 密度泛函理论 电子结构 磁性性质     

金衬底调控单层二硫化钼电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理研究了金衬底对单层二硫化钼电子性能的调控作用. 从结合能、能带结构、电子态密度和差分电荷密度四个方面进行了深入研究. 结合能计算确定了硫原子层在界面的排布方式, 并指出这种吸附结构并不稳定. 能带结构分析证实了金衬底与单层二硫化钼形成肖特基接触, 并出现钉扎效应. 电子态密度分析表明金衬底并没有影响硫原子和钼原子之间的共价键, 而是通过调控单层二硫化钼的电子态密度增加其导电率. 差分电荷密度分析表明单层二硫化钼的导电通道可能在界面处产生. 研究结果可对单层二硫化钼晶体管的建模和实验制备提供指导.     

二维材料WTe_2用于气体传感器的性能研究

二维过渡金属硫族化合物由于具有大的比表面积、高的载流子迁移率以及快速响应等特性,在高性能气体传感器应用方面具有显著优势.本文通过密度泛函理论计算,研究了CO,CO_2,NH_3,NO,NO_2气体分子在单层WTe_2表面的吸附构型、吸附能、电荷转移、电学及磁学特性.结果表明,N基气体分子的吸附能小于C基气体分子的吸附能,说明WTe_2对N基气体分子的吸附更敏感.电荷分析结果表明,NH_3气体分子吸附在WTe_2表面时表现为给电子体,而其他四种气体分子都表现为得电子体.能带结构方面,与CO,CO_2,NH_3气体分子相比,磁性气体分子NO和NO_2的吸附在费米能级附近引入了杂质能带,杂质能带主要来源于O原子和N原子的p轨道.此外,NO和NO_2气体分子分别诱导了0.99μB和0.80μB的磁矩.本文的研究结果为实验上制备基于WTe_2的超灵敏气体传感器提供理论指导.     

本征磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4电子结构的压力应变调控

由于MnBi2Te4电子结构具有对晶格常数的改变相当敏感的特性,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对MnBi2Te4反铁磁块体的电子结构施加等体积应变调控.研究发现体系能带结构在材料等体积拉伸和压缩作用下变化灵敏,体系出现绝缘体-金属相变.特别地,当施加特定应变后导带和价带在Γ处出现交叉,体系呈零带隙状态.在此应变下仍可观察到能带反转的现象,具有非平庸的能带拓扑性质.根据不同应变下的电荷密度图,发现等体积应变会影响体系七倍层层间距,其中等体积压缩和拉伸应变可分别增大和减小Te原子层间距,表明等体积压缩有利于降低反铁磁层间耦合.通过等体积压力应变调控,掌握了MnBi2Te4的电子结构的变化规律,这对本征磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4的物性研究和实验制备具有重要的指导意义.     

原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响

基于第一性原理计算系统地研究了氮族、卤族和3d过渡金属元素(Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co)替位掺杂对单层Janus过渡金属硫族化合物WSeTe电子结构的影响.通过对能带结构、电荷转移以及磁性的分析,发现氮(卤)族原子替位掺杂单层WSeTe会发生本征半导体-p (n)型半导体的转变, Ti, V原子替位掺杂单层WSeTe会发生半导体-金属的转变.由于电荷转移以及氮族原子掺杂时价带顶的能带杂化现象,卤族和氮族非金属元素掺杂时价带顶G点附近的Rashba自旋劈裂强度在同一主族随着掺杂原子原子序数的增大而增大. 3d过渡金属元素掺杂会产生能谷极化和磁性,其中Cr, Mn原子替位掺杂会产生高于100 meV的能谷极化,并且Cr,Mn, Fe元素掺杂在禁带中引入了电子自旋完全极化的杂质能级.研究结果对系统地理解单层WSeTe掺杂模型的性质具有重要意义,可以为基于单层WSeTe的电子器件设计提供理论参考.     

二维应变作用下超导薄膜LiFeAs的磁性和电子性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维应变作用下LiFeAs超导薄膜的磁性结构、电子能带和态密度变化,分析了应变对其超导电性的作用.结果显示,对体系施加1%—6%的二维平面张、压应变均不改变其基态条形反铁磁性结构,费米面附近的电子态密度主要来自于Fe-3d轨道电子以及少量的As-4p电子.研究发现,与无应变情形相比,当施加压应变时,体系中Fe离子的反平行的电子自旋局域磁矩减小,薄膜反铁磁性受到抑制,费米面上电子态密度增加,超导电性来自于以反铁磁超交换耦合作用为媒介的空穴型费米面和电子型费米面间嵌套的Cooper电子对.而在张应变作用时,局域反铁磁性增强,费米面上电子态密度减小,金属性减弱,特别是张应变时费米面上空穴型能带消失, Cooper电子对出现概率显著降低,将抑制超导相变.