Введение
Часть I
1.1 Элементы теории
1.1.1 Эффект Холла.
1.1.2 Топологический порядок и поверхностные состояния..............7
1.2 Методы расчета электронной структуры.............................11
1.2.1 Теория функционала плотности
1.2.2 Обмен и корреляции
1.2.3 Решение уравнений
1.2.4 Метод проекционных присоединенных волн.
Часть II
2.1 Введение
2.2 Электронная структура объема KNa2Bi
Часть III
3.1 Введение
3.2 Поверхность с окончанием, содержащим атомы K и Bi......24
3.3 Поверхность с окончанием, содержащим атомы Na............28
Заключение
Литература.
Свойства поверхностей кристаллических твёрдых тел привлекают значительный интерес исследователей, что связано с развитием электроники и появлением новой полупроводниковой техники.
На сегодняшний день, наравне с хорошо зарекомендовавшими себя полупроводниковыми соединениями, интенсивно исследуются материалы с топологическими нетривиальными свойствами, на основе которых ожидается создание новых электронных устройств. К примеру, предполагается, что такие материалы со временем заменят медные контакты в компьютерных чипах. Кроме того, они могут быть использованы для фотодетектирования, создания умножителей частоты, магнитной памяти, а также других приборов.
В целом, основанные на таких материалах устройства будут обладать более высокой скоростью выполнения операций, потреблять значительно меньше энергии, и выгодно отличаться своими размерами от приборов традиционной электроники.
К таким материалам относится открытый не так давно класс полупроводниковых соединений, именуемых топологическими изоляторами (ТИ). Данный класс характеризуется наличием особых поверхностных состояний (топологические состояния), в которых электроны защищены различными симметриями (симметрия обращения времени или кристаллическая симметрия) от обратного рассеяния на дефектах.[1] Следует отметить, что возникновение топологических состояний возможно также в металлических и полуметаллических системах, таких как квантовые ямы HgTe−CdTe .[2,3] Вследствие этого, для таких систем также применяют название «топологический изолятор» несмотря на наличие металлических свойств в объеме.
3Актуальность работы. В настоящее время эффективная разработка приборов электроники и спинтроники напрямую сопряжена с предварительными теоретическими исследованиями электронной структуры входящих в них материалов. Именно особенности электронной структуры ТИ определяют все их топологические свойства. Поэтому имеется огромный научный интерес, к изучению причин возникновения и дисперсии электронных состояний в ТИ.
Целью данной работы является исследование электронной структуры объема и поверхности соединения KNa2 Bi.
Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи:
1. Расчет, описание и объяснение объемной электронной структуры KNa2 Bi.
2. Выявление влияния учёта спин-орбитального взаимодействия, учёта многочастичных эффектов в рамках теории функционала плотности, а также получаемых в ходе оптимизации параметров кристаллической структуры на электронную структуру объема KNa2 Bi.
3. Расчет, описание и объяснение электронной структуры поверхности KNa2 Bi .
Научная новизна работы заключается в том, что для KNa2 Bi впервые было проанализировано влияние приближения для обменнокоррелляционного функционала в рамках теории функционала плотности, а также параметров кристаллической структуры на спектр объемных состояний вблизи уровня Ферми. Впервые, рамках теории функционала электронной плотности исследована электронная структура поверхности KNa2 Bi и проанализирована ее эволюция в зависимости от разных типов окончаний поверхности.
Практическая значимость. Результаты данного исследования могут служить надежным фундаментом для последующего экспериментального исследования соединения KNa2 Bi
В данной дипломной работе проведено детальное исследование электронной структуры соединения KNa2 Bi , а также приведены теоретические основы теории топологических изоляторов.
На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы:
1. Соединение KNa2 Bi является топологическим изолятором, содержащим точку касания валентной зоны и зоны проводимости.
2. На поверхности данного материала возникают топологически нетривиальные спин-расщепленные металлические состояния. Также отмечено появление топологически тривиальных состояний «оборванной связи».
