Tên luận án:
TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN TỪ VÀ TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU BÁN KIM LOẠI TOPO
Ngành:
Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu sâu về tính chất truyền dẫn từ và tính chất hấp thụ quang-từ của các vật liệu bán kim loại Weyl (WSM) và bán kim loại Dirac (DSM), hai loại vật liệu topo có tiềm năng ứng dụng lớn trong khoa học và công nghệ. Đề tài xuất phát từ việc WSM và DSM sở hữu những đặc tính điện tử độc đáo như điểm Weyl, tính chiral dị thường, hiệu ứng từ-quang Kerr, hiệu ứng Hall lượng tử dị thường, siêu dẫn topo và tương tác spin-quỹ đạo mạnh, khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các thiết bị quang-từ, điện tử tốc độ cao, điện tử học spin và điện toán lượng tử.
Mục tiêu chung của luận án là làm sáng tỏ các tính chất truyền dẫn từ và hấp thụ quang-từ của các vật liệu này. Cụ thể, nghiên cứu tính chất truyền dẫn từ của giếng lượng tử WSM và các tấm DSM, đồng thời khảo sát tính chất hấp thụ quang-từ của hệ màng mỏng WSM (không xét tương tác electron-phonon) và của tấm DSM (có xét tương tác electron-phonon, bao gồm hệ số hấp thụ quang-từ - MOAC và độ rộng phổ hấp thụ toàn phần tại một nửa giá trị cực đại - FWHM). Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu học thuật như phương pháp Kubo, phương trình chuyển động, phương trình ma trận mật độ tối thiểu, phương pháp nhiễu loạn và phương pháp profile.
Các đóng góp chính về lý thuyết bao gồm phát hiện mới về mức Landau trong WSM dưới từ trường không đều, làm rõ sự khác biệt trong phổ năng lượng điện tử của DSM so với bán dẫn truyền thống, và khả năng kiểm soát chuyển đổi tính chất của hệ từ bán kim loại sang bán dẫn bằng điện trường ngoài. Về vận dụng, luận án đã khảo sát chi tiết độ cảm dọc và độ cảm Hall của WSM, độ dẫn dọc và độ dẫn Hall của DSM dưới ảnh hưởng của trường ngoài, cũng như MOAC và độ thay đổi chiết suất (RIC) của WSM, cho thấy sự phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ, nồng độ hạt tải, từ trường và điện trường. Nghiên cứu cũng chỉ ra sự khác biệt trong hành vi dịch chuyển quang-từ giữa hệ không pha tạp và hệ pha tạp ở DSM, nhấn mạnh vai trò của tương tác electron-phonon. Những kết quả này góp phần nâng cao hiểu biết về vật lý cơ bản và mở ra tiềm năng phát triển công nghệ tiên tiến dựa trên các vật liệu bán kim loại topo.
Mục lục chi tiết:
- PHẦN MỞ ĐẦU
- 1. Lí do chọn đề tài
- 2. Mục tiêu nghiên cứu
- 3. Nội dung nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- 5. Phạm vi nghiên cứu
- 6. Những đóng góp mới của luận án
- 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- 8. Bố cục luận án
- PHẦN NỘI DUNG
- Chương 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN
- 1.1. Giới thiệu về bán kim loại Weyl và bán kim loại Dirac
- 1.1.1. Giới thiệu về bán kim loại topo
- 1.1.2. Giới thiệu về bán kim loại Weyl
- 1.1.3. Giới thiệu về bán kim loại Dirac
- 1.2. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong các bán kim loại topo
- 1.2.1. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong các bán kim loại Weyl
- 1.2.2. Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong các bán kim loại Dirac
- 1.3. Tổng quan về các tính chất truyền dẫn từ
- 1.3.1. Độ cảm dọc và độ cảm Hall
- 1.3.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
- 1.3.1.2. Biểu thức tổng quát của độ cảm dọc và độ cảm Hall
- 1.3.2. Độ dẫn dọc và độ dẫn Hall
- 1.3.2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
- 1.3.2.2. Biểu thức tổng quát của độ dẫn dọc và độ dẫn Hall.
- 1.4. Tổng quan về các tính chất hấp thụ quang-từ
- 1.4.1. Hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất khi không xét ảnh hưởng của tương tác electron-phonon
- 1.4.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
- 1.4.1.2. Biểu thức tổng quát của hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất
- 1.4.2. Hệ số hấp thụ quang-từ dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon
- 1.4.2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
- 1.4.2.2. Biểu thức tổng quát của hệ số hấp thụ quang-từ
- 1.4.3. Độ rộng phổ hấp thụ. Phương pháp profile.
- 1.5. Kết luận chương 1
- Chương 2: TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU BÁN KIM LOẠI TOPO
- 2.1. Độ cảm dọc và độ cảm Hall trong bán kim loại Weyl
- 2.1.1. Biểu thức giải tích của độ cảm dọc và độ cảm Hall
- 2.1.2. Kết quả tính số và thảo luận
- 2.1.2.1. Hệ không pha tạp
- 2.1.2.2. Hệ pha tạp
- 2.2. Độ dẫn Hall và độ dẫn dọc trong bán kim loại Dirac
- 2.2.1. Biểu thức giải tích của độ dẫn Hall và độ dẫn dọc
- 2.2.1.1. Biểu thức giải tích của độ dẫn Hall
- 2.2.1.2. Biểu thức giải tích của độ dẫn dọc
- 2.2.2. Kết quả tính số và thảo luận
- 2.3. Kết luận chương 2
- Chương 3: TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA BÁN KIM LOẠI WEYL KHI KHÔNG XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC ELECTRON-PHONON
- 3.1. Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất
- 3.2. Kết quả tính số và thảo luận
- 3.2.1. Hệ không pha tạp
- 3.2.2. Hệ pha tạp
- 3.3. Kết luận chương 3
- Chương 4: TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA BÁN KIM LOẠI DIRAC DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC ELECTRON-PHONON
- 4.1. Tính chất hấp thụ quang-từ của bán kim loại Dirac dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm
- 4.1.1. Biểu thức giải tích của MOAC dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm
- 4.1.2. Kết quả tính số và thảo luận
- 4.1.2.1. Hệ không pha tạp
- 4.1.2.2. Hệ pha tạp
- 4.2. Tính chất hấp thụ quang-từ của bán kim loại Dirac dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon quang
- 4.2.1. Biểu thức giải tích của MOAC dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon quang
- 4.2.2. Kết quả tính số và thảo luận
- 4.2.2.1. Hệ không pha tạp
- 4.2.2.2. Hệ pha tạp
- 4.3. Kết luận chương 4
- KẾT LUẬN CHUNG
- Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Danh mục các công trình khoa học đã công bố liên quan đến kết quả nghiên cứu của luận án