30797.拓?fù)浣^緣體表面態(tài)與磁性原子相互作用的第一性原理研究

1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFirstprinciplesCalculationsontheInteractionsbetweenTopologicalInsulatorSurfaceStatesandtheAdsorbedMagneticAtomsByHehuaLiuSupervisor：ShunfangLiCondensedMatterPhysic

2、sSchoolofPhysicsandEngineeringApril2014中文摘要中文摘要拓?fù)浣^緣體作為一種全新的量子物質(zhì)形態(tài)，受到人們廣泛關(guān)注。因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的自旋軌道耦合作用，所以拓?fù)浣^緣體表面呈現(xiàn)無(wú)能隙的金屬態(tài)而體內(nèi)呈現(xiàn)絕緣體態(tài)。這種拓?fù)浣^緣體表面金屬態(tài)完全受其電子態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所決定，在時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性的保護(hù)下，不會(huì)因雜質(zhì)或缺陷的存在而消失。這些新奇的特征使拓?fù)浣^緣體在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。因此，在拓?fù)浣^

3、緣體方面的研究越來(lái)越多。本文從拓?fù)浔砻鎽B(tài)對(duì)磁性原子相互作用方面，用第一性原理計(jì)算方法做了相關(guān)計(jì)算模擬研究。本文的主要內(nèi)容如下：第一章，首先簡(jiǎn)單綜述了拓?fù)浣^緣體材料的研究歷史：拓?fù)浣^緣體材料的發(fā)現(xiàn)、基本性質(zhì)以及最近在該領(lǐng)域相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)研究成果。第二章，主要介紹本文模擬計(jì)算研究過(guò)程中所用的基礎(chǔ)理論和計(jì)算模擬方法。第三章，介紹了我們對(duì)拓?fù)浣^緣體家族中的三維拓?fù)浣^緣體材料(Bi2Se3和Bi2Te3)的塊體以及表面的基本性質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)和電子態(tài)

4、密度的第一性原理模擬計(jì)算研究。在這些基本性質(zhì)的計(jì)算模擬中，我們的研究結(jié)果分別呈現(xiàn)出了拓?fù)浣^緣體內(nèi)部的自旋軌道耦合相互作用、不同厚度薄膜、完整表面和缺陷表面的表面態(tài)存在情形(這里我們所取體系主要為Bi2Se3和Bi2Te3兩種材料的(1l1)晶面)。同時(shí)參照實(shí)驗(yàn)及理論上Bi2Se3材料的(111)面上缺陷的形成情況，我們又計(jì)算了不同厚度的兩種材料的(111)面上的缺陷形成能，并將同種厚度的兩種材料分別進(jìn)行對(duì)比，為表面態(tài)對(duì)磁性原子的吸附研究

5、工作提供了依據(jù)。第四章，在上一章基礎(chǔ)上，我們以Bi2Te3材料作為襯底，在其(111)表面上進(jìn)行磁性原子鐵原子的吸附研究。首先我們分別對(duì)不同厚度(IQL和2QL)Bi2Te3材料的(111)面、含一個(gè)Te原子缺陷和完整表面上進(jìn)行單個(gè)鐵原子的吸附(其中完整表面包括FCC位和HCP位吸附)，并計(jì)算體系磁性，發(fā)現(xiàn)鐵原子吸附于完整表面以及缺陷表面的情況下均被吸附到表面體系最上層原子縫隙中。我們通過(guò)對(duì)整個(gè)吸附體系能帶、態(tài)密度以及STM模擬圖像分析