| 电子间相互作用对硅烯物性的影响 |
| 英文题名 | The Effects of Electron-Electron Interaction on the Physical Properties of Silicene
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| 刘峰
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| 导师 | 王自强
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| 2014
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 博士
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| 学位专业 | 固体力学
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| 摘要 | 相似的六角蜂窝状结构令硅烯继承了石墨烯几乎所有的奇异特性。不仅如 此，起伏的结构（两套子格子不在同一平面）使得利用电场可以直接调控硅烯 的能隙，引起了理论和实验上较多的关注。值得注意的是，第一性原理研究表 明若考虑自旋轨道耦合硅烯将处于量子自旋霍尔态，且可以在实验可达温区被 观测到。然而第一性原理计算采取了单粒子近似，并没有计入多体效应，本论 文将详细研究电子间相互作用对硅烯拓扑物性的影响。另外，单层硅烯起伏的 结构不仅为其带来良好的电学调控性能，也为其带来了相对于石墨烯更加丰富 的堆垛方式，本文对双层硅烯几何结构进行了系统地研究，并预言考虑电子间 相互作用时其中的AB-bt结构可以实现手性d + id′拓扑超导。 首先，本文详细介绍了硅烯的研究背景，同时对拓扑绝缘体进行了回顾， 其中概述了霍尔效应量子版本三重奏：整数量子霍尔效应、量子反常霍尔效应 和量子自旋霍尔效应，并给出贝里相位和TKNN不变量的具体推导。由于整篇 论文大量使用到了第一性原理计算，本文对密度泛函理论也作了简介，其中主 要包括理论基础以及实际计算流程。 其次，介绍本人的具体工作。工作分为三个部分： 第一，通过第一性原理计算我们在硅烯体系中发现了一个较弱的反铁磁 态，能量上略高于量子自旋霍尔态，但增加电场会使得量子自旋霍尔态相变为 反铁磁态。之前理论上预言量子自旋霍尔态在电场下会发生拓扑相变，能隙先 闭合后打开。本文研究发现，由于电场下量子自旋霍尔态到反铁磁态的相变发 生在理论预言的拓扑相变之前，硅烯体系随电场增大能隙并不会闭合。进一 步，结合考虑电场效应的Kane-Mele-Hubbard模型我们对第一性原理计算结果 做出了合理的解释，并给出了相图。 第二，由于第一性原理和平均场计算都建立在单粒子近似下，这里我们利 用超越平均场近似的集团微扰（CPT）和变分集团近似（VCA）对Hubbard相 互作用下的硅烯体系进行更加深入的研究。CPT计算得到的能谱依然可以清晰 地观测到拓扑相变时的能隙闭合，说明拓扑性质并没有被相互作用所破坏。之 后，利用VCA，我们给出了硅烯体系的相图。 第三，利用第一性原理计算我们对双层硅烯体系进行了详细的研究。通 过结构优化和声子谱计算，我们找到了在一种能量占优且结构稳定的AB-bt结 构。电子能带计算表明该结构为金属，且费米面上费米包的大小是应变可调 的。进一步的RPA计算预言在该体系中实际的电子相互作用可能诱导出现手 性d + id′超导基态。该超导以自旋涨落为媒介，且利用应变可调控其临界温度，当应变调节使得自旋密度波临界相互作用接近实际的相互作用时，该体系的超导临界温度将变得非常高。 |
| 索取号 | 31134
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48951
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| 专题 | 非线性力学国家重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
刘峰. 电子间相互作用对硅烯物性的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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