【摘 要】
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拓扑材料因其独特的电子结构、奇异的物理性质以及潜在的应用前景,自发现以来一直是凝聚态物理研究领域的前沿研究方向。近年来,寻找新的拓扑材料、发现新的拓扑相和探索新的拓扑物理性质成为拓扑材料研究的主要课题。本论文利用角分辨光电子能谱技术,结合物性测量,对LaSbTe和EuCd2As2等拓扑材料的物理性质和电子结构进行了系统研究。论文主要包括以下几个部分:1.从拓扑材料的发现开始分别对拓扑绝缘体、拓扑半
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
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拓扑材料因其独特的电子结构、奇异的物理性质以及潜在的应用前景,自发现以来一直是凝聚态物理研究领域的前沿研究方向。近年来,寻找新的拓扑材料、发现新的拓扑相和探索新的拓扑物理性质成为拓扑材料研究的主要课题。本论文利用角分辨光电子能谱技术,结合物性测量,对LaSbTe和EuCd2As2等拓扑材料的物理性质和电子结构进行了系统研究。论文主要包括以下几个部分:1.从拓扑材料的发现开始分别对拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体、及磁性拓扑材料的研究历程和一些基本概念进行了简要综述,重点介绍了角分辨光电子能谱实验在拓扑材料研究中获得的重要结果。2.对角分辨光电子能谱的基本原理和实验仪器的构造进行了详细介绍。3.利用化学气相沉积技术生长了拓扑绝缘体Bi2Se3纳米片,并对其进行了物性表征。4.利用物性测量系统结合锁相放大器对Weyl半金属TaAs的热电势进行了详细的研究,首次观察到热电势各向异性的量子振荡,结果表明TaAs具有线性的能带色散关系、高度各项异性的费米面结构和拓扑非平庸的Berry phase。5.通过角分辨光电子能谱实验结合能带计算,发现LaSbTe是一个本征的nodal-line拓扑半金属。当考虑自旋轨道偶合时,能带计算结果表明布里渊区边界的nodal line对自旋轨道偶合稳定且能量值位于费米能级附近。ARPES实验直接观测到了沿X-R方向分布的nodal line,并且形成nodal line的Dirac点的能量值全部位于费米能级附近。这些结果直接表明LaSbTe是一个真正的nodal-line半金属,为研究与nodal-line半金属相关的新现象和可能的应用提供了平台。6.通过对EuCd2As2进行磁测量、电输运和热电输运测量,首次发现其磁化率在低温下存在长时间的磁弛豫现象,在5K时(001)面内的磁化率经过14小时变化量可达~10%。这种磁弛豫现象呈现出各向异性,(001)面内弛豫大于面外弛豫。这种磁弛豫效应发生在磁有序状态,温度越低弛豫效应越强。而且这种效应和外加磁场的大小有关。这些结果将激发进一步的理论和实验研究,以了解弛豫过程的起源及其对磁拓扑材料的电子结构和物理性能的影响。7.利用激光角分辨光电子能谱仪对EuCd2As2的电子结构进行了系统的测量,首次发现其电子结构在低温下超长时间的强烈弛豫现象,弛豫时间可以长达2-3天。其费米面随时间演变从起始的一个点发展成为多个大的费米面结构,能带则相应的表现出明显的位置移动和劈裂。对已经弛豫的EuCd2As2样品进行变温测量,发现其电子结构表现出强烈的温度依赖关系,其温度演变可以划分为四个温度区间。发现的电子结构弛豫现象不能用EuCd2As2的表面重构和晶体结构的变化进行解释,可能和磁结构的变化相关。
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