論文使用權限 Thesis access permission:自定論文開放時間 user define
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available
論文名稱 Title |
完全功能化的平面鍺烯中的量子異常霍爾絕緣體預測 Prediction of Quantum Anomalous Hall Insulator in Planar Fully Functionalized Germanene |
||
系所名稱 Department |
|||
畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
||
學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
35 |
|
研究生 Author |
|||
指導教授 Advisor |
|||
召集委員 Convenor |
|||
口試委員 Advisory Committee |
|||
口試日期 Date of Exam |
2016-05-25 |
繳交日期 Date of Submission |
2016-07-19 |
關鍵字 Keywords |
量子異常霍爾效應、鍺烯、陳數 quantum anomalous Hall effect, germanene, Chern number |
||
統計 Statistics |
本論文已被瀏覽 5709 次,被下載 21 次 The thesis/dissertation has been browsed 5709 times, has been downloaded 21 times. |
中文摘要 |
我們利用第一原理計算研究雙面分別與氫和氮鍵結之蜂巢狀鍺烯的原子結構 與電子特性。在原子結構上可分為三種:平面、皺摺和反皺摺蜂巢結構。我們發 現,反皺摺結構擁有相對穩定的無磁性絕緣體;同時皺摺結構則為金屬性材料。 在晶格常數 4.00 埃的平面結構下使用自旋極化計算並包含自璇軌道耦合後,可 發現量子異常霍爾絕緣體。為了驗證材料的拓撲性,進一步計算陳數與邊界態。 並且在鋸齒形帶狀結構邊界態的能帶結構中發現一條連接導帶與價帶的能帶。我 們的結果顯示,官能化之鍺烯能被用於備受追尋的自旋電子應用。 |
Abstract |
We study the atomic structures and electronic properties of honeycomb germanene passivated with hydrogen and nitrogen (GeHN) atoms using first-principles electronic structure calculations. There are three atomic structures considered: planar, buckled, and inversely buckled honeycomb. We found that the inversely buckled structure is relatively stable with non-magnetic insulator phase; while the buckled structure is metallic. Using spin-polarized calculations with spin-orbit coupling, GeHN in planar structure with lattice constant at a=4.00 Å was identified to exhibit a quantum anomalous Hall (QAH) insulator phase. In order to confirm the topology of the material, we further calculated the Chern number as well as the edge states. A band connecting the conduction and the valence band was found at the edge state of zigzag GeHN nanoribbon. Our results suggest that functionalized germanene could be used in the highly sought spintronic applications based on QAH effect. |
目次 Table of Contents |
論文審定書…………………………………………………………………… i 中文摘要……………………………………………………………………… ii 英文摘要……………………………………………………………………… iii 第 一 章 序論與動機……………………………………………………… 1 1.1 緒論…………………………………………………………… 1 1.2 動機…………………………………………………………… 3 第 二 章 研究方法………………………………………………………… 4 2.1 第一原理……………………………………………………… 4 2.2 貝瑞曲率……………………………………………………… 5 2.3 陳數…………………………………………………………… 7 2.4 量子異常霍爾效應…………………………………………… 7 第 三 章 結果與討論……………………………………………………… 9 3.1 雙面分別與氫和氮鍵結之鍺烯的結構……………………… 9 3.2 鍺烯在不同晶格常數下的穩定性研究……………………… 10 3.3 應力引起雙面分別與氫和氮鍵結之鍺烯的能帶結構變化… 13 3.4 應力引發之磁性與能帶結構的細節變化…………………… 16 3.5 初始磁動量對能帶的影響…………………………………… 18 3.6 自旋軌道耦合對能帶的影響………………………………… 21 3.7 貝瑞曲率,陳數與邊界態…………………………………… 22 第 四 章 總結…………………………………………………………… 26 參考資料……………………………………………………………………… 27 |
參考文獻 References |
1. H. Weng, R. Yu, X. Hu, X. Dai and Z. Fang, Adv. Phys. 64, 227 (2015). 2. K. He, Y. Wang and Q.-K. Xue, Natl. Sci. Rev. 1, 38 (2014). 3. E.H. Hall, Philos. Mag. Ser. 5, 12 (1881). 4. K.V. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980). 5. R. Karplus and J.M. Luttinger, Phys. Rev. 95, 1154 (1954). 6. T. Jungwirth, Q. Niu, and A.H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 88, 207208 (2002). 7. M. Onoda and N. Nagaosa, J. Phys. Soc. J. 71, 19 (2002). 8. Z. Fang, N. Nagaosa, K.S. Takahashi, A. Asamitsu, R. Mathieu, T. Ogasawara, H. Yamada, M. Kawasaki, Y. Tokura, and K. Terakurasci, Science 302, 92 (2003). 9. Y.G. Yao, L. Kleinman, A.H. MacDonald, J. Sinova, T. Jungwirth, D.-S. Wang, E.G. Wang, and Q. Niu, Phys. Rev. Lett. 92, 037204 (2004). 10. J. Sinova, T. Jungwirth, and J. Cerne, Int. J. Mod. Phys. B 18, 1083 (2004). 11. N. Nagaosa, J. Sinova, S. Onoda, A.H. MacDonald, and N.P. Ong, Rev. Mod. Phys. 82, 1539 (2010). 12. D. Xiao, M.-C. Chang, and Q. Niu, Rev. Mod. Phys. 82, 1959 (2010). 13. J. Smit, Physica 21, 877 (1955). 14. J. Smit, Physica 24, 39 (1958). 15. L. Berger, Phys. Rev. B 2, 4567 (1970). 16. F.D.M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 93, 206602 (2004). 28 17. Z. Qiao, S.A. Yang, W. Feng, W.-K. Tse, J. Ding, Y. Yao, J. Wang, and Q. Niu, Phys. Rev. B 82, 161414 (2010). 18. T.P. Kaloni, N. Singh, and U. Schwingenschlögl, Phys. Rev. B 89, 035409 (2014). 19. S.-C. Wu, G. Shan, and B. Yan, Phys. Rev. Lett. 113, 256401 (2014). 20. K.-H. Jin, and S.-H. Jhi, Sci. Rep. 5, 8426 (2015).S.-M. Huang, S.-T. Lee, and C.-Y. Mou, Phys. Rev. B 89, 19544 (2014). 21. C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng, J. Shen, Z. Zhang, M. Guo, K. Li, Y. Ou, P. Wei, L.-L. Wang, Z.-Q. Ji, Y. Feng, S. Ji, X. Chen, J. Jia, X. Dai, Z. Fang, S.-C. Zhang, K. He, Y. Wang, L. Lu, X.-C. Ma, and Q.-K. Xue, Science 340, 12 (2013). 22. G. Kresse and J. Furthmüller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996). 23. H.J. Monkhorst and J.D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976). 24. P.E. Blöchl, Phys. Rev. B 50, 17953 (1994). 25. J.P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 45, 13244 (1992). 26. M.V. Berry, Proc. R. Soc. Lond. A 392, 45 (1984). 27. Z. Fang, N. Nagaosa, K.S. Takahashi, A. Asamitsu, R. Mathieu, T. Ogasawara, H. Yamada, M. Kawasaki, Y. Tokura, and K. Terakura, Science 302, 92 (2003). 28. F. Wilczek and A. Shapere, Geometric Phases in Physics, World Scientific, Singapore (1989). 29. R.D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47, 1651 (1993). 30. R. Resta, Rev. Mod. Phys. 66, 899 (1994). 31. D.J. Thouless, M. Kohmoto, M.P. Nightingale, and M. den Nijs, Phys.Rev. Lett. 49, 405 (1982). |
電子全文 Fulltext |
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。 論文使用權限 Thesis access permission:自定論文開放時間 user define 開放時間 Available: 校內 Campus: 已公開 available 校外 Off-campus: 已公開 available |
紙本論文 Printed copies |
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。 開放時間 available 已公開 available |
QR Code |