【摘 要】
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由于铜氧化合物高温超导体的发现,强关联物理的研究得到了极大的推动,尤其是本征和掺杂的Mott绝缘体。过渡金属硫族化合物1T-TaS_2在低温下表现为Mott绝缘体的基态以及电荷密度波(ChargeDensityWave,CDW)现象。通过加热、化学掺杂、超快激光、电流激励、脉冲电压等多种方式可以使Mott绝缘相的1T-TaS_2发生金属化相变。人们普遍认为1T-Ta
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由于铜氧化合物高温超导体的发现,强关联物理的研究得到了极大的推动,尤其是本征和掺杂的Mott绝缘体。过渡金属硫族化合物1T-TaS_2在低温下表现为Mott绝缘体的基态以及电荷密度波(ChargeDensityWave,CDW)现象。通过加热、化学掺杂、超快激光、电流激励、脉冲电压等多种方式可以使Mott绝缘相的1T-TaS_2发生金属化相变。人们普遍认为1T-TaS_2的金属化伴随着CDW长程序的破坏,即CDW长程有序被抑制产生畴界,金属态与此同时产生,并出现在畴界当中。然而,由于Mott绝缘体与CDW态之间存在着复杂的相关性,1T-TaS_2中Mott绝缘体-金属转变的机制仍然难以捉摸。对于Mott能隙的坍塌是否必然与CDW长程序的抑制有关,至今仍然存在争议。在本论文中,我们利用表面蒸镀碱金属的方法对1T-TaS_2进行掺杂,并使其发生金属化转变。还通过加热的方法使样品发生金属化转变。通过扫描隧道显微镜(STM)与扫描隧道谱(STS)直接表征了金属化前后CDW和表面电子态的演化规律,并利用团簇微扰理论(ClusterPerturbationTheory,CPT)构建了1T-TaS_2在表面碱金属掺杂下发生金属化的理论模型。本论文的主要工作和得到的结果如下:1、通过STM和STS,研究了1T-TaS_2升温过程中的Mott绝缘体-金属转变。STM图像的傅里叶变换图中,CDW周期点附近出现卫星点所对应的温度要高于d/d(1谱中零偏压电导的突变的温度以及上Hubbard的谱权重消失的温度。我们发现样品发生近公度CDW(NearlyCommensurateCDW,NCCDW)相变的温度高于样品发生金属化的温度。2、在低温(4.2K)下,通过表面蒸镀碱金属的方法对1T-TaS_2的表面进行了电子掺杂,并利用STM表征了从Mott绝缘体到金属转变过程中电子态的演化。我们发现金属化过程并不会破坏CDW的长程有序,而是与Mott能隙中出现的附加激发态有关。与常规的电子掺杂Mott绝缘体不同,附加激发态位于LHB的顶部附近。结合数值计算,我们认为LHB附近的附加激发态主要是由于所吸附的碱金属有效地降低了该位置上的库伦相互作用能。我们还利用扫描隧道显微镜对拓扑节线半金属(Topologicalnodallinesemimetal,TNLSM)材料SrAs_3进行了表征。TNLSM可以视为其他拓扑材料的母体材料,通过破坏时间或空间反演对称性、引入质量项可以使其转变成Dirac半金属、Weyl半金属和拓扑绝缘体,所以对拓扑节线半金属的研究就显得尤为重要。SrAs_3作为一种拓扑节线半金属已经在实验中被验证。但是到目前为止,对这种材料的能带结构仍然缺乏充分了解。了解这种材料的能带结构,有助于理解它们奇异的物理现象。我们通过利用准粒子干涉(Quasi-ParticleInterference,QPI)技术和基于密度泛函理论(DensityFunctionalTheory)的第一性原理计算,证明了SrAs_3具有一个奇特的能带结构,价带是二维的,而导带是三维的。SrAs_3的这种能带结构有望通过调整费米能级的位置来实现其输运性质等发生二维-三维性质的转变。
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