新型三维拓扑绝缘体材料的探索和物性研究

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目:新型三维拓扑绝缘体材料的探索和物性研究英文论文题目:Thesearchingandphysicialpropertiesstudyofnew3Dtopologicalinsulator学科专业：应用化学作者姓名：吴德胜指导教师：李培刚完成日期：2015.04.23浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成

2、果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:签字曰期：年/月广出学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝江理工有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授杈浙江理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）新型三维拓扑绝缘体材料的探索和物性研究摘要本论文的主要工作包括两个方面

3、内容。对狄拉克半金属Cd3As2单晶样品中各向异性线性磁阻效应研究，对弱拓扑绝缘体TaAs2中各向异性巨磁阻效应以及量子震荡研究。论文中高质量的Cd3As2单晶样品通过气相传输方法制备得到。通过XRD粉末衍射数据发现颗粒状和片状样品均为体心四方结构，有I41acd对称性。测试用颗粒单晶最大面为[112]方向，片状单晶最大面为[001]方向。在2K-300K温度范围内均表现为完全抗磁性，没有奇异的峰值出现，且矫顽力很小，没有磁滞回线。比热在在2K-300K温度范围内也表现为无相变发生。He3比热数据拟合得到的索末菲常数≈5.33mJmol-1K-2及德

4、拜温度TD=122.86K。两种晶体零场电阻RRR均比较小，这意味着单晶中也许存在较多的空位。转角磁阻测试表明Cd3As2有一定的各向异性。而固定温度条件下，当有外加磁场时，磁阻随外加磁场增加而线性增大。且沿着不同方向大小不同。在整个温度范围内，随着温度的增加，磁阻逐渐减小。在2K和14T条件下，[112]方向的磁阻MR约有79倍，而[100]方向的磁阻MR约有31倍。这可能对应着各向异性的线性色散关系，而且这么大的线性磁电阻对于制作磁传感器具有重要意义。而且在低温强磁场下均可以看到SdH震荡，且当温度高到一定程度之后SdH震荡信号消失。这为研究费米面附

5、近电子的行为提供了依据。弱拓扑绝缘体TaAs2单晶样品通过气相传输和助溶剂均可获得。该晶体为具有单斜结构，空间群C2/m(No.12)。然后用软件计算得到晶胞参数，这结构与报道的巨磁阻材料WTe2链状结构不同。通过电输运测试发现，零场下其电阻率呈现典型的金属性行为，RRR约有1000倍，证明其单晶质量非常高。而且在某些特定磁场条件下，磁阻在整个温度区间（2K-300K）有极小值，伴随着磁场诱导的金属绝缘体相变。而低温下磁电阻与磁场的平方近视成正比。而且磁电阻在2K和14T条件下，磁阻最高有约10万倍，这是目前报道的磁阻材料里面非常大的。另外在低温强磁场（

6、2K和5T）下可以观察到SdH震荡信号，这对应着量子化的朗道能级。通过傅里叶变换可以算的费米球的大小，通过Ong-Sagon关系拟合不同温度不同磁场下的震荡数据可发现TaAs2有效质量比较小。而且在其倒格子空间有多个电子口袋和空穴口袋。这与理论计算的结果基本吻合。通过转角磁阻发现其磁阻存在一定的各向异性。通过霍尔测试发现其低温下存在两种不同的载流子，通过双载流子模型拟合得到两种不同载流子的浓度和霍尔迁移率，且数值很接近。这说明TaAs2中存在补偿型的电I子－空穴，所以才导致出现如此巨大的磁电阻。另外在强磁场（60T）下磁电阻进一步加大，不饱和但是已经呈现

7、了饱和的趋势。通过比热数据拟合得到的电子比热系数索菲莫系数=1.1mJmol-1K-2。这说明费米能附近的电子态密度非常底，电子之间的关联效应较弱。通过磁化率发现地在温度区间2K-300K之间为朗道抗磁性。在低温强场下磁化率数据中观察到了dHvA震荡现象，这对理解TaAs2的费米面信息具有重要意义。关键词：单晶生长、拓扑绝缘体、线性磁阻、量子输运、各向异性、双载模型IITheExplorationandPhysicalPropertiesStudyofThreeDimensionalTopologicalInsulatorAbstractTherese

8、archofthisthesismainlyincludingtwoaspect