二维材料中Anderson杂质的理论研究

论文摘要

随着实验技术的发展,人们在介观量子体系观察到了Kondo效应,并且通过控制门电压、偏压、外磁场、温度等手段对其进行操控,因此Kondo效应在近年来得到了广泛的关注。Kondo效应涉及到局域自旋与传导电子间的反铁磁交换耦合,不同性质的能带结构对其影响至关重要。金属中磁性杂质的Kondo屏蔽,可以直接通过测量局域密度谱随外界参数的变化情况来进行研究。超导中磁性杂质将散射库伯对,并在能隙中诱导出Yu-Shiba-Rusinov束缚态,此时Kondo屏蔽效应需要克服超导配对的能量尺度,通过调节实验参数可以控制其量子相变过程。最近人们发现一种类石墨烯结构的单层二硫化钼材料,它是直接能隙半导体,同时具有自旋-能谷锁定特性的强自旋轨道耦合效应,即Ising自旋轨道耦合。通过门电压掺杂单层二硫化钼,可以实现超导转变,且平行于二维界面方向上的临界磁场强度远远大于泡利极限,因此受到了实验与理论的关注。在本文中,我们将以研究在二硫化钼材料中磁性杂质的Kondo效应,并讨论Kondo效应和Ising超导电性之间的竞争所主导的量子相变问题。基于单杂质安德森模型,我们计入材料中的Ising自旋轨道耦合作用,以及K与-K点附近导带电子之间的超导配对相互作用。然后利用格林函数运动方程方法处理该系统的哈密顿量,得到局域电子格林函数,通过自洽求解该格林函数,得到体系的相关性质。通过数值计算结果,我们发现对于电子掺杂和空穴掺杂的不同情况,Ising自旋轨道耦合作用对于杂质Kondo屏蔽效应的影响是相反的,并且可以通过调节系统的化学势还可以进一步调节体系的Kondo效应强度。在电子掺杂情况下,当化学势与两自旋分裂带均相交时,Ising自旋轨道耦合对库珀对起保护作用,同时Ising自旋轨道耦合作用会抑制Kondo效应。随着Ising自旋轨道耦合作用的增强,系统会从Kondo单态逐渐变成磁性双重态。但当化学势只与自旋分裂带中的一条相交,Ising自旋轨道耦合作用对Kondo效应有增强作用。对于空穴掺杂的情况,费米面在谷间穿过两个自旋劈裂能带,Yu-ShibaRusonov束缚态非常接近能隙,由于杂质能级展宽的增大,Ising自旋轨道耦合作用对Kondo效应有一个增强的效果。但当化学势之和两条自旋分裂能带中的一条相交,Ising轨道耦合作用会抑制Kondo效应。该工作通过理论计算研究了Ising自旋轨道耦合作用对Kondo效应的影响,为设计基于过渡金属二硫化物材料的新型自旋电子学器件提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 Kondo效应
•     1.2.1 电阻极小化现象
•     1.2.2 Kondo效应的其他现象
•     1.2.3 量子点中的Kondo效应
•   1.3 二维超导材料
•     1.3.1 超导电性
•     1.3.2 二维超导材料
•     1.3.3 石墨烯
•     1.3.4 界面超导性
•   1.4 单层过渡金属二硫化物
•     1.4.1 单层过渡金属二硫化物
•     1.4.2 二硫化钼和其中的Ising作用
•   1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 理论研究与模型推导
•   2.1 强关联系统的基础理论模型
•     2.1.1 Hubbard模型
•     2.1.2 Anderson杂质模型
•   2.2 Kondo效应的基础理论
•   2.3 格林函数
•     2.3.1 单粒子格林函数
•     2.3.2 推迟格林函数
•   2.4 系统的理论模型推导及其解法
•     2.4.1 系统的理论模型分析
•     2.4.2 系统的哈密顿量
•     2.4.3 利用格林函数解哈密顿量
• 第3章 数值结果与分析
•   3.1 电子掺杂的情况
•   3.2 空穴掺杂的情况
•   3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张渝

导师: 陈伟强

关键词: 二维材料,效应,杂质,自旋轨道耦合

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TB383.1;O469

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003735

总页数: 70

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