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目录
中文摘要I
AbstractIII
第一章绪论1
1.1引言1
1.2二维材料2
1.2.1二维Janus结构4
1.2.2二维铁谷材料5
1.2.3二维拓扑绝缘体6
1.3本论文的研究内容7
第二章理论和计算方法9
2.1多粒子体系中的近似方法9
2.1.1多体系统的薛定谔方程9
2.1.2Born-Oppenheimer近似10
2.1.3Hartree-Fock自洽场近似10
2.2密度泛函理论11
2.2.1Tomas-Fermi模型11
2.2.2Hohenberg-Kohn定理12
2.2.3Kohn-Sham方程12
2.3交换关联泛函13
2.3.1局域密度近似13
2.3.2广义梯度近似13
2.3.3杂化泛函方法14
2.3.4DFT+U方法14
2.4局域化Wannier函数14
2.5第一性原理计算软件包简介15
第三章JanusVSe/VSeX(XS,Te)异质结中的结构调控谷极化和反常谷霍尔效应.17
2
3.1研究背景17
3.2计算方法18
3.3结果与讨论19
3.4本章小结27
第四章双极铁磁半导体OsClBr中应变和堆叠依赖的拓扑相变29
4.1研究背景29
4.2计算方法30
4.3结果与讨论30
4.4本章小结39
第五章总结与展望41
5.1总结41
5.2展望42
参考文献43
攻读硕士学位期间发表的学术论文57
致谢59
二维磁性Janus体系能谷及拓扑性质的理论研究
中文摘要
随着电子器件逐渐小型化和集成化的发展,利用电子电荷自由度进行信息编码的传
统半导体电子器件的缺点逐渐显露出来,摩尔定律的预言开始出现了偏差。这使得科研
人员在不断改进原有器件制备工艺的同时,还需要去寻求一种更佳的编码自由度。除了
电荷自由度外,科学家们发现电子还具有内禀的自旋和能谷自由度。其中,基于对电子
自旋自由度的研究,形成了自旋电子学。然而,因为三维材料能谷的简并性不容易被打
破,直到二维材料出现,以研究能谷自由度为主的能谷电子学才逐渐发展起来。到目前
为止,已经有许多谷功能器件被提出,例如谷逻辑门、谷阀和谷滤波器等。在二维材料
中,过渡金属硫化物(TMDs)凭借本征的空间反演对称性破缺结构,成为了研究能谷电
子学的理想材料。TMDs的第一布里渊区内存在一对简并但不等价的能谷,打破能谷的
简并,非简并的两个能谷之间将会出现谷极化,谷极化的存在让应用能谷自由度进行信
息的编码、处理和存储等逻辑计算成为可能。二维材料能谷的简并可以通过光泵浦、磁
性原子数掺杂、外加磁场等外部调控手段打破。此外,能谷相关霍尔效应的存在,不仅
极大的丰富了原有的霍尔效应家族,而且为新一代的半导体电子信息器件的研究提供了
新的思路。随着能谷电子学的发展,人们发现具有本征的时间和空间反演对称性破缺的
二维磁性材料,能够自发的产生谷极化。这种自发的谷极化具有稳定性和易调控的特点,
一经发现就成为了能谷电子学研究的热点。近年来,在某些二维磁性半导体中,例如
MBr(M=Ru,Os)、FeCl
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