30797.拓撲絕緣體表面態(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撲絕緣體作為一種全新的量子物質形態(tài)，受到人們廣泛關注。因為它具有較強的自旋軌道耦合作用，所以拓撲絕緣體表面呈現(xiàn)無能隙的金屬態(tài)而體內呈現(xiàn)絕緣體態(tài)。這種拓撲絕緣體表面金屬態(tài)完全受其電子態(tài)的拓撲結構所決定，在時間反演對稱性的保護下，不會因雜質或缺陷的存在而消失。這些新奇的特征使拓撲絕緣體在自旋電子學和量子計算等領域有著重要的應用前景。因此，在拓撲絕

3、緣體方面的研究越來越多。本文從拓撲表面態(tài)對磁性原子相互作用方面，用第一性原理計算方法做了相關計算模擬研究。本文的主要內容如下：第一章，首先簡單綜述了拓撲絕緣體材料的研究歷史：拓撲絕緣體材料的發(fā)現(xiàn)、基本性質以及最近在該領域相關理論及實驗研究成果。第二章，主要介紹本文模擬計算研究過程中所用的基礎理論和計算模擬方法。第三章，介紹了我們對拓撲絕緣體家族中的三維拓撲絕緣體材料(Bi2Se3和Bi2Te3)的塊體以及表面的基本性質的能帶結構和電子態(tài)

4、密度的第一性原理模擬計算研究。在這些基本性質的計算模擬中，我們的研究結果分別呈現(xiàn)出了拓撲絕緣體內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)。同時參照實驗及理論上Bi2Se3材料的(111)面上缺陷的形成情況，我們又計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行對比，為表面態(tài)對磁性原子的吸附研究

5、工作提供了依據。第四章，在上一章基礎上，我們以Bi2Te3材料作為襯底，在其(111)表面上進行磁性原子鐵原子的吸附研究。首先我們分別對不同厚度(IQL和2QL)Bi2Te3材料的(111)面、含一個Te原子缺陷和完整表面上進行單個鐵原子的吸附(其中完整表面包括FCC位和HCP位吸附)，并計算體系磁性，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。我們通過對整個吸附體系能帶、態(tài)密度以及STM模擬圖像分析