中文题名: | 洪特绝缘体CrI3和笼目金属Mn3Sn的关联电子结构与磁性研究 |
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保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 070205 |
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学生类型: | 博士 |
学位: | 理学博士 |
学位类型: | |
学位年度: | 2023 |
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研究方向: | 强关联材料计算 |
第一导师姓名: | |
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提交日期: | 2022-12-29 |
答辩日期: | 2022-12-11 |
外文题名: | The study on the correlated electronic structure and magnetism of Hund’s insulator CrI3 and kagome metal Mn3Sn |
中文关键词: | 过渡金属化合物 ; 电子关联效应 ; 莫特-洪特绝缘体 ; 笼目金属 ; 密度泛函理论结合动力学平均场理论 |
外文关键词: | Transition metal compound ; Electronic correlation effect ; Mott-Hund’s insulator ; Kagome metal ; Density functional theory combined with dynamical mean-field theory |
中文摘要: |
过渡金属化合物中的过渡金属原子具有未填满的d轨道,因而属于关联电子体系。在这样的体系中,电子关联效应和自旋、轨道、电荷、晶体场等自由度的耦合会导致体系展现出丰富的物理性质,如复杂的相图、大的介电常数、超导电性以及庞磁阻效应等。对于过渡金属化合物这样的实际材料而言,准确计算其关联电子结构对于理解其展现出的物理性质非常重要。在过往关于铁基超导体,莫特绝缘体,重费米子材料的研究中,密度泛函理论结合动力学平均场理论被证明是处理关联电子体系有效的方法之一。 在本论文中,我们采用密度泛函理论结合动力学平均场理论方法对几种过渡金属化合物的关联电子结构进行了研究。在第一个工作中,我们探究了范德瓦尔斯材料CrI3的带隙来源和结构相变驱动力。我们的计算得到了和实验一致的结果,包括Cr离子磁矩和带隙。计算结果表明CrI3不是常见的莫特-哈伯德绝缘体,而是莫特-洪特绝缘体,洪特耦合作用对顺磁态CrI3带隙的形成起到了决定性作用。通过分析CrI3低温相和高温相的结构以及密度泛函理论结合动力学平均场理论方法计算得到的高温相和低温相中Cr离子的磁矩大小,我们提出铁磁自旋涨落驱动了CrI3发生从高温相到低温相的结构相变。除此之外,我们的计算还表明将CrI3中的I原子替换成另外两种卤族元素得到的化合物即CrCl3和CrBr3也是莫特-洪特绝缘体。 在第二个工作中,我们对笼目金属Mn3Sn进行了系统的研究。计算结果表明顺磁态Mn3Sn的能带展现出典型的笼目晶格具有的特征,包括平带,有质量的狄拉克点以及鞍点。计算得到的Mn 3d电子的质量重整化系数和费米能级附近能带的带宽压缩系数共同表明顺磁态Mn3Sn是具有中等电子关联强度的笼目金属。对于非共线反铁磁态Mn3Sn,理论计算得到了和实验一致的结果,包括Mn离子磁矩和角分辨光电子能谱。密度泛函理论结合动力学平均场理论方法计算得到的动量分辨谱函数相较于密度泛函理论方法计算得到的结果发生了以下两点重要改变:第一,K-M路径上的外尔点从费米能级上方约40meV移动到了费米能级下方约5meV。第二,费米能级附近能带的带宽变窄,并且对于不同的能带,变窄的程度不同。最后,我们还对几种不同的非共线磁结构进行了计算,计算结果表明K-M路径上外尔点的存在与否和具体的磁结构有关,所以可以通过调节外加磁场的方式来控制K-M路径上外尔点的有无,进而对受其影响的物理性质,包括手性反常,负磁阻效应和反常霍尔效应进行调控。 |
外文摘要: |
There are transition metal atoms which have partly filled d orbitals in transition metal compounds, and thus belong to the correlated electron system. In such systems, the coupling of the electronic correlation effect with other degrees of freedom such as spin, orbit, charge and crystal field could result in the system exhibiting rich physical properties, such as complex phase diagram, large dielectric constant, superconductivity and colossal magnetoresistance. For real materials including transition metal compounds, it is important to accurately calculate their correlated electronic structures for understanding the physical properties they exhibit. In the previous studies on iron-based superconductors, Mott insulators and heavy fermion materials, density functional theory combined with dynamical mean-field theory has been proved to be one of the effective methods to deal with correlated electron systems. In this dissertation, we have studied the correlated electronic structures of several transition metal compounds by means of density functional theory combined with dynamical mean-field theory. In the first work, we investigated the source of the band gap and the driving force of the structural phase transition of the van der Waals |
参考文献总数: | 226 |
馆藏地: | 图书馆学位论文阅览区(主馆南区三层BC区) |
馆藏号: | 博070205/23014 |
开放日期: | 2023-12-29 |