关键词：
单晶生长
拓扑绝缘体
线性磁阻
量子输运
各向异性
双载模型
摘要：
本论文的主要工作包括两个方面内容。对狄拉克半金属Cd3As2单晶样品中各向异性线性磁阻效应研究,对弱拓扑绝缘体Ta As2中各向异性巨磁阻效应以及量子震荡研究。论文中高质量的Cd3As2单晶样品通过气相传输方法制备得到。通过XRD粉末衍射数据发现颗粒状和片状样品均为体心四方结构,有I41acd对称性。测试用颗粒单晶最大面为[1 1 2]方向,片状单晶最大面为[0 0 1]方向。在2 K-300 K温度范围内均表现为完全抗磁性,没有奇异的峰值出现,且矫顽力很小,没有磁滞回线。比热在在2 K-300 K温度范围内也表现为无相变发生。He3比热数据拟合得到的索末菲常数g≈5.33 m J mol-1 K-2及德拜温度TD=122.86 K。两种晶体零场电阻RRR均比较小,这意味着单晶中也许存在较多的空位。转角磁阻测试表明Cd3As2有一定的各向异性。而固定温度条件下,当有外加磁场时,磁阻随外加磁场增加而线性增大。且沿着不同方向大小不同。在整个温度范围内,随着温度的增加,磁阻逐渐减小。在2 K和14 T条件下,[1 1 2]方向的磁阻MR约有79倍,而[1 0 0]方向的磁阻MR约有31倍。这可能对应着各向异性的线性色散关系,而且这么大的线性磁电阻对于制作磁传感器具有重要意义。而且在低温强磁场下均可以看到Sd H震荡,且当温度高到一定程度之后Sd H震荡信号消失。这为研究费米面附近电子的行为提供了依据。弱拓扑绝缘体Ta As2单晶样品通过气相传输和助溶剂均可获得。该晶体为具有单斜结构,空间群C2/m(No.12)。然后用软件计算得到晶胞参数,这结构与报道的巨磁阻材料WTe2链状结构不同。通过电输运测试发现,零场下其电阻率呈现典型的金属性行为,RRR约有1000倍,证明其单晶质量非常高。而且在某些特定磁场条件下,磁阻在整个温度区间(2K-300 K)有极小值,伴随着磁场诱导的金属绝缘体相变。而低温下磁电阻与磁场的平方近视成正比。而且磁电阻在2 K和14 T条件下,磁阻最高有约10万倍,这是目前报道的磁阻材料里面非常大的。另外在低温强磁场(2 K和5 T)下可以观察到Sd H震荡信号,这对应着量子化的朗道能级。通过傅里叶变换可以算的费米球的大小,通过Ong-Sagon关系拟合不同温度不同磁场下的震荡数据可发现Ta As2有效质量比较小。而且在其倒格子空间有多个电子口袋和空穴口袋。这与理论计算的结果基本吻合。通过转角磁阻发现其磁阻存在一定的各向异性。通过霍尔测试发现其低温下存在两种不同的载流子,通过双载流子模型拟合得到两种不同载流子的浓度和霍尔迁移率,且数值很接近。这说明Ta As2中存在补偿型的电子-空穴,所以才导致出现如此巨大的磁电阻。另外在强磁场(60 T)下磁电阻进一步加大,不饱和但是已经呈现了饱和的趋势。通过比热数据拟合得到的电子比热系数索菲莫系数g=1.1m J mol-1 K-2。这说明费米能附近的电子态密度非常底,电子之间的关联效应较弱。通过磁化率发现地在温度区间2 K-300 K之间为朗道抗磁性。在低温强场下磁化率数据中观察到了d Hv A震荡现象,这对理解Ta As2的费米面信息具有重要意义。
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