30592.電子間相互作用對硅烯物性的影響

1、密級中國科學院大學UniversityofChineseAcademyofSciences博士學位論文電子間相互作用對硅烯物性的影響作者姓名：劉峰指導(dǎo)教師：——王自強研究員，中國科學院力學研究所學位類別：學科專業(yè)：研究所：姚裕貴教授，北京理工大學理學博士固體力學中國科學院力學研究所2014年4月摘要摘要相似的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)令硅烯繼承了石墨烯幾乎所有的奇異特性。不僅如此，起伏的結(jié)構(gòu)(兩套子格子不在同一平面)使得利用電場可以直接調(diào)控硅烯的能

2、隙，引起了理論和實驗上較多的關(guān)注。值得注意的是，第一性原理研究表明若考慮白旋軌道耦合硅烯將處于量子自旋霍爾態(tài)，且可以在實驗可達溫區(qū)被觀測到。然而第一性原理計算采取了單粒子近似，并沒有計入多體效應(yīng)，本論文將詳細研究電子間相互作用對硅烯拓撲物性的影響。另外，單層硅烯起伏的結(jié)構(gòu)不僅為其帶來良好的電學調(diào)控性能，也為其帶來了相對于石墨烯更加豐富的堆垛方式，本文對雙層硅烯幾何結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)地研究，并預(yù)言考慮電子問相互作用時其中的AB—bt結(jié)構(gòu)可以實

3、現(xiàn)手性did拓撲超導(dǎo)。首先，本文詳細介紹了硅烯的研究背景，同時對拓撲絕緣體進行了回顧，其中概述了霍爾效應(yīng)量子版本三重奏：整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、量子反?；魻栃?yīng)和量子自旋霍爾效應(yīng)，并給出貝里相位和TKNN不變量的具體推導(dǎo)。由于整篇論文大量使用到了第一性原理計算，本文對密度泛函理論也作了簡介，其中主要包括理論基礎(chǔ)以及實際計算流程。其次，介紹本人的具體工作。工作分為三個部分：第一，通過第一性原理計算我們在硅烯體系中發(fā)現(xiàn)了一個較弱的反鐵磁態(tài)，能量上

4、略高于量子自旋霍爾態(tài)，但增加電場會使得量子自旋霍爾態(tài)相變?yōu)榉磋F磁態(tài)。之前理論上預(yù)言量子自旋霍爾態(tài)在電場下會發(fā)生拓撲相變，能隙先閉合后打開。本文研究發(fā)現(xiàn)，由于電場下量子自旋霍爾態(tài)到反鐵磁態(tài)的相變發(fā)生在理論預(yù)言的拓撲相變之前，硅烯體系隨電場增大能隙并不會閉合。進一步，結(jié)合考慮電場效應(yīng)的KaneMele—Hubbard模型我們對第一性原理計算結(jié)果做出了合理的解釋，并給出了相圖。第二，由于第一性原理和平均場計算都建立在單粒子近似下，這里我們利用