凝聚態(tài)物理中的拓?fù)淞孔討B(tài)與鐵基高溫超導(dǎo)電性的理論研究.pdf

1、近十年來(lái)凝聚態(tài)物理的前沿進(jìn)展表明，該領(lǐng)域的研究興趣更加注重對(duì)新型材料的物性及應(yīng)用方面的研究。比如自2004年發(fā)端的對(duì)石墨烯的研究，2006年始對(duì)兩維HgTe/CdTe異質(zhì)結(jié)材料的量子自旋霍爾效應(yīng)的研究，由此發(fā)現(xiàn)了三維拓?fù)浣^緣體，并開(kāi)始了對(duì)新型拓?fù)淞孔討B(tài)的探索與研究。以上研究的理論基礎(chǔ)是基于單電子物理圖像，然而在實(shí)際材料中由于強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的存在，近年來(lái)引發(fā)了人們對(duì)于分?jǐn)?shù)拓?fù)銫hern絕緣體的研究興趣。與此同時(shí)，在2008年日本研究小組發(fā)

2、現(xiàn)新型鐵基高溫超導(dǎo)材料以來(lái)，高溫超導(dǎo)電性的研究再度引起廣泛興趣。鐵基超導(dǎo)的研究會(huì)深化并豐富人們對(duì)于高溫超導(dǎo)體中磁性和超導(dǎo)電性的微觀機(jī)制的認(rèn)識(shí)。本論文將分別對(duì)于拓?fù)淞孔討B(tài)與鐵基超導(dǎo)電性這兩個(gè)凝聚態(tài)物理的前沿方向開(kāi)展研究工作。
　　在論文的第一部分，我們將系統(tǒng)地介紹拓?fù)淞孔討B(tài)方面的研究。第一章中，我們將簡(jiǎn)單地介紹拓?fù)淞孔討B(tài)在凝聚態(tài)物理學(xué)中的發(fā)展。
　　在第二章中，我們將介紹石墨烯的基本電學(xué)性質(zhì)、量子自旋霍爾效應(yīng)及其輸運(yùn)性質(zhì)，并揭

3、示出石墨烯納米帶的邊界態(tài)可以受邊界處的外場(chǎng)調(diào)控以及Rashba型自旋-軌道耦合是通過(guò)以減小拓?fù)浣^緣體的體能隙來(lái)破壞拓?fù)浣^緣態(tài)的特性。對(duì)于雙層石墨烯的量子自旋霍爾相，由于存在著偶數(shù)個(gè)Dirac錐形表面態(tài)，理論上可以通過(guò)引入層間自旋-軌道耦合，破壞層間的對(duì)稱性，從而破壞了雙層石墨烯的拓?fù)淞孔酉嗖Ⅱ?qū)使體系進(jìn)入能帶絕緣相。實(shí)際上，由于石墨烯中的自旋-軌道耦合不夠強(qiáng)，使得拓?fù)淞孔討B(tài)在石墨烯中難以實(shí)現(xiàn)。由此引發(fā)了人們尋找合適的實(shí)際材料以期實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞?/p>

4、子態(tài)。
　　在第三章中，我們首先分析兩維HgTe/CdTe異質(zhì)結(jié)材料和三維Bi2Se3家族材料的拓?fù)浣^緣體，并揭示出在尋常能帶絕緣體Sb2Se3材料中可以通過(guò)調(diào)節(jié)壓強(qiáng)使得體系進(jìn)入拓?fù)浣^緣體，從而引發(fā)拓?fù)淞孔酉嘧?。而后，我們研究了拓?fù)銩nderson絕緣體及其有限尺寸效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拓?fù)銩nderson絕緣體的兩個(gè)邊界距離較近時(shí)，兩個(gè)邊界之間的電子散射增強(qiáng)，從而破壞了拓?fù)浣^緣體表面態(tài)受時(shí)間反演對(duì)稱性保護(hù)下的背散射可能的發(fā)生。因此有限小尺

5、寸體系不足以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的拓?fù)浔砻鎽B(tài)。
　　在以單電子物理圖像背景下的拓?fù)浣^緣體如果考慮強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，體系可能會(huì)出現(xiàn)分?jǐn)?shù)霍爾態(tài)。近年來(lái)，逐漸形成對(duì)于分?jǐn)?shù)拓?fù)銫hern絕緣體的研究熱潮。我們將在第四章中分別討論有關(guān)分?jǐn)?shù)拓?fù)銫hern絕緣體和分?jǐn)?shù)自旋霍爾效應(yīng)的研究以及如何在兩維有機(jī)金屬材料中實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)拓?fù)銫hern絕緣體。
　　在論文的第二部分里，我們將主要討論鐵基高溫超導(dǎo)體的母體磁性及其超導(dǎo)電性。在第五章中，我們簡(jiǎn)單的介紹有關(guān)超導(dǎo)

6、電性研究的歷史發(fā)展。
　　在第六章中，我們將主要討論鐵基高溫超導(dǎo)體的母體的磁結(jié)構(gòu)及其微觀唯象理論，澄清了一直存在爭(zhēng)議的KFe2Se2超導(dǎo)體的母體磁結(jié)構(gòu)問(wèn)題，同時(shí)揭示了KFe2Se2超導(dǎo)材料的相分離機(jī)制。隨后，我們通過(guò)理論分析論證了鐵基超導(dǎo)材料母體的磁序產(chǎn)生的微觀機(jī)理主要是由于鐵砷（硒）平面內(nèi)的As-Fe-As鍵角所決定。
　　在對(duì)于鐵基高溫超導(dǎo)體的母體磁性有一定認(rèn)識(shí)之后，我們將在第七章中討論它的超導(dǎo)電性，特別是探討KFe2A