磁掺杂拓扑绝缘体拓扑性质研究及新型拓扑材料的寻找

第 1章绪论 . 1

1.1引言 . 1

1.2拓扑绝缘体简介  3

1.3二维拓扑绝缘体  4

1.3.1二维拓扑绝缘体 ——石墨烯 . 4

1.3.2二维拓扑绝缘体 —— HgTe量子阱  7

1.3.3二维拓扑绝缘体 ——第二类半导体异质结 . 11

1.4三维拓扑绝缘体  12

1.4.1强拓扑绝缘体 . 13

1.4.2弱拓扑绝缘体 . 22

1.5磁性掺杂的拓扑绝缘体  23

1.5.1磁性掺杂的二维拓扑绝缘体 . 25

1.5.2磁性掺杂的 Bi2Se3族材料薄膜  27

1.6论文结构和主要内容 . 29

第 2章理论方法 . 31

2.1引言 . 31

2.2绝热近似  32

2.3哈特里-福克近似 . 34

2.3.1哈特里方程 . 34

2.3.2福克近似  35

2.4密度泛函理论 . 36

2.4.1 Hohenberg-Kohn定理 . 36

2.4.2 Kohn-Sham方程  37

2.4.3交换关联泛函 . 38

2.5最大局域化瓦尼尔函数  40

第 3章 Cr掺杂的 Bi2Se3薄膜的磁性质 . 45

3.1引言 . 45

3.2计算方法  46

3.3 MBE方法生长的 Cr掺杂 Bi2Se3薄膜  46

3.3.1实验发现与困境  47

3.3.2理论模拟和物理图像 . 51

3.4 Cr沉积的 Bi2Se3表面 . 56

3.4.1实验发现  57

3.4.2理论模拟和物理图像 . 59

3.5本章小结  62

第 4章 Cr掺杂的 Bi2Te3和 Sb2Te3薄膜的拓扑性质  65

4.1引言 . 65

4.2实验发现  66

4.3计算方法  68

4.4 Cr掺杂 4QL Sb2Te3薄膜的电子结构和拓扑性质  69

4.5自旋极化的双折射 . 76

4.5.1自旋分辨的量子聚焦 . 79

4.5.2自旋分辨的量子幻影 . 80

4.6本章小结  82

第 5章 Cr掺杂的 Bi2(SexTe1.x)3薄膜的拓扑性质  83

5.1引言 . 84

5.2实验发现  84

5.3计算方法  88

5.4 Cr掺杂 Bi2(SexTe1.x)3的拓扑性质 . 88

5.4.1 CryBi2.ySe3和 CryBi2.yTe3的拓扑相变  89

目录 XV
5.4.2 Cr0.25Bi1.75(SexTe1.x)3的拓扑相变  94

5.5有效理论与物理图像 . 95

5.6本章小结 .100

第 6章弱拓扑绝缘体 Bi2TeI .101

6.1引言 101

6.2计算方法 .102

6.3 Bi2TeI的晶格结构 .103

6.4 Bi2TeI的电子结构性质 104

6.5 BiTeI-Bi2-BiTeI薄膜的电子结构性质 108

6.6本章小结 .110

第 7章二维Ⅳ族元素单质及其衍生物的拓扑性质 113

7.1引言 113

7.2计算方法 .114

7.3 p-d杂化增大石墨烯的拓扑非平庸能隙 116

7.4 Ag(111)表面外延生长的硅烯的电子结构 .119

7.5二维拓扑绝缘体 —— SnX (X=F, Cl, Br, I, OH) 122

7.6二维拓扑绝缘体 ——哑铃状锡烯 125

7.6.1电子结构和拓扑性质 126

7.6.2 h-BN的哑铃状锡烯 .129

7.6.3 InSb(111)-(2 × 2)表面的哑铃状锡烯 .129

7.7本章小结 .135

参考文献 137

致谢 .157

在读期间发表的学术论文与获得的奖励 .159