IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
电子间相互作用对硅烯物性的影响
Alternative TitleThe Effects of Electron-Electron Interaction on the Physical Properties of Silicene
刘峰
Thesis Advisor王自强
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline固体力学
Abstract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。
Call Number31134
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48951
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
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.
Files in This Item:
File Name/Size DocType Version Access License
G2014530222458.pdf(14053KB) 开放获取--Application Full Text
Related Services
Recommend this item
Bookmark
Usage statistics
Export to Endnote
Google Scholar
Similar articles in Google Scholar
[刘峰]'s Articles
Baidu academic
Similar articles in Baidu academic
[刘峰]'s Articles
Bing Scholar
Similar articles in Bing Scholar
[刘峰]'s Articles
Terms of Use
No data!
Social Bookmark/Share
All comments (0)
No comment.
 

Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.