拓扑材料AMnSb2系列的红外光谱学研究

论文摘要

在近几年的凝聚态物理发展中,拓扑材料的探索和研究引起了许多人的兴趣。拓扑材料虽然与普通的绝缘体一样他们的体态能带结构是绝缘性或半导体性的,但它的表面态具有着金属特性,即表现为二维狄拉克半金属的行为。而拓扑材料有着低能耗和高载流子的性质,在未来各个领域都会有很高的实用性。目前研究的拓扑材料主要分为拓扑绝缘体、狄拉克半金属、狄拉克节线半金属、以及外尔半金属。因为这些材料具有非常丰富的拓扑非平庸物性,这对于基本粒子物理的研究有着重大的意义。迄今为止,大部分已发现的拓扑材料都含有碳族、氮族、或者硫族元素,这与这类原子在费米能级附近的电子态有着密不可分的关系。最近,一类新型拓扑材料AMnSb2与AMnBi2化合物吸引了许多人的目光。在2011年,Park等人发现了在MnBi或MnSb的层状材料化合物中含有非常强的各向异性分布的狄拉克电子态。因为这类材料在250K以下都具有反铁磁性,在对于这一系列材料中是否含有第二类外耳半金属,以及其中是否存在具有磁性外耳费米子的研究,引起了广泛的关注。其中最有争议的是YbMnBi2材料,虽然最终Chaudhuri等人运用红外光谱的手段以及第一性原理的计算证明了YbMnBi2材料并非第二类外耳半金属,但红外光谱学在探索拓扑材料的方面做出了很大的贡献。在红外光谱学中,不同拓扑材料在光电导的实部有着不同的响应,结合第一性原理的理论计算,可以对拓扑材料的具体性质进行研究。在本篇论文中,我们通过自助熔的方法,烧制了新型拓扑材料AMnSb2的一系列化合物,并运用红外光谱研究了其中的电荷动力学行为。在具有错位堆垛结构的CaMnSb2中,我们发现了两段线性度非常好的光电导,但这两段光电导均不过原点,这与狄拉克半金属的行为是相悖的。研究光电导中的吸收边,我们得到了带隙随温度依赖的变化,发现具有能带反转后的特性。有趣的是我们在低温的光电导谱中还发现了一个类似范霍夫奇点的结构。结合第一性原理计算的能带图,我们判断这个范霍夫奇点是因为能带反转后的Mexcian-hat分布引起的。而在同样是错位堆垛的SrMnSb2中,我们发现等离子边不同于CaMnSb2的情况,而是随着温度有明显的变化。最后我们在对YbMnSb2的研究中发现了不受温度影响的恒定常数光电导,这在三维拓扑材料中是不常见的。结合理论计算的电子态分布,我们认为YbMnSb2材料是一个具有反铁磁性的新型狄拉克节线半金属材料。虽然AMnSb2材料中费米能级附近的电子态主要是由Sb的5px和5py轨道决定的,但阳离子的不同使得拓扑性质有着很大的变化。本篇论文的内容为磁性拓扑材料AMnSb2材料中拓扑性质的研究提供了重要的信息。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 邱子阳

导师: 邱祥冈

关键词: 磁性拓扑材料,拓扑性质,红外光谱

来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

分类号: O469

总页数: 104

文件大小: 11226K

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