NbP型Weyl半金属的力学和电子特性研究(2)
1.2 NbP 型 Weyl 半金属的研究意义 随着社会日新月异地快速发展，科技逐渐在社会生活中起到引领作用，这就对新材料的发现和运用提出了更高的要求。材料科学有着广阔的应用前景，而对于NbP 型Weyl 半金属的研究也成为了材料科学中不可或缺的一环。研究表明，当对NbP 施加强磁场时，其电阻急剧增强，并且随着磁场的增强，由于受到洛仑磁力的而流向错误方向的电子比例越来越大，相应的电阻也随之增大。超快速的电子会导致巨磁电阻，而 Nb和P 的合成物材料中有超快电荷载体，因此， NbP型Weyl 半金属具有明显的巨磁电阻效应。[2] 另一方面，在NbP 型Weyl 半金属中，由于受到拓扑保护，两个具有相反手性的Weyl 电子态之间的散射很弱，这表明，NbP 型Weyl 半金属有可能在不久的将来用于实现极低能耗的电子输运。尤其是该电子态可以在室温下稳定存在，这对室温低能耗电子学器件的应用具有重要价值。
1.3 NbP 型 Weyl 半金属的研究背景 1928 年，为了描述带有相对论效应的电子态，狄拉克提出了以他名字命名的量子力学方程。 1929 年，H.Weyl 发现狄拉克方程描述的那对粒子具有一定特性——质量为零且手性相反，是一种全新的粒子，它们被命名为为 Weyl 费米子。 接下来的 80多年中，众多科研人员投入到了寻找 Weyl 费米子的漫漫长途之中源`自,吹冰.文;论"文'网[www.chuibin.com。 2003 年，方忠等人在寻找 Weyl 费米子的工作中有了重大突破。他们指出：Weyl 费米子在固体能带结构中广泛存在。研究者将目光投向了仅由 Weyl 费米子或Weyl 格点就构成费米面的材料中。由于这样的金属态费米面上的态密度为零，因此也被成为Weyl半金属[3]。在狄拉克半金属的电子态中， 两个手性相反的Weyl费米子在它的动量空间重叠出现。而Weyl 半金属态要求把这两个手性相反的Weyl 费米子在动量空间中分开。这就需要通过破缺时间反演或中心反演对称来打破能带的自旋简并， 从而实现将这两个Weyl 费米子在动量空间中分开。 2011 年，万贤刚等人从理论上预言烧绿石结构的铱氧化物是磁性的 Weyl半金属[4]。同年，徐刚等人从理论上预言了HgCr2Se4的基态是铁磁Weyl 半金属态[5]。但是因为磁性材料复杂的磁畴结构，以及观测实验对于磁场的屏蔽要求等，使得观测这种铁磁Weyl 半金属变得非常困难。 2012年和2013年， 方忠等人通过一系列研究，先后预言了Na3Bi[6]和Cd3As2[7]是狄拉克半金属。它的费米面是由四度简并的 Weyl 费米子对组成的。 2014 年，方忠等人证实了之前的预言，他们分别在Na3Bi[8]和Cd3As2[9]中观测到了三维狄拉克锥。被业内称为首次发现“三维石墨烯”。 2
014 年底，翁红明、方忠、戴希等人，通过第一性原理计算，发现 TaAs、TaP、NbAs 和NbP 等同结构家族材料是天然存在的，非磁性非中心对称的 Weyl半金属[10]。这些材料并不需要细微复杂的调控就能自然合成。更重要的是，这类材料没有中心反演但保持时间反演对称，因此没有磁性材料带来的磁畴等复杂性，也可以用角分辨光电子能谱（ARPES）实验来直接观测。[11] 1.4 研究目的 为了更好的了解 NbP 型Weyl 半金属这一种材料，了解其物理特性，并能够根据它独特的物理特性，将其运用于生产活动中，首先，我们应该从它最基础的晶体结构开始研究，计算它的力学和电子特性。根据第一性原理，我们将深入探究NbP 型Weyl 半金属材料的微观结构，对其进行结构优化，分析其力学各向异性，研究其结构的稳定性，进而得到它的弹性常数、体模量和杨氏模量等力学特性，计算其德拜温度；分析它的能态、态密度和电荷密度等电子特性。
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