摘 要由于非磁性化合物中的极大磁阻现象对经典的磁场下的电子输运的理解提出了挑战，因此引起了广泛的关注。本研究采用自助溶剂法合成了NaCl型晶体结构的YBi单晶，研究了其磁输运特性和电子能带结构。零磁场作用下，YBi单晶在2 ~ 300 K的整个温度区间内表现为金属导电性。有趣的是，当外加磁场增加时，该材料将形成极大磁电阻和电阻平台（在9 T和2 K时，磁电阻达到0.8×105%）。科勒准则和第一原理计算表明一个电子带和两个空穴带共同决定输运过程。此外，还发现了隐藏的能带反转，这表明该化合物存在拓扑性质。分别考虑单电子带和多带效应对电输运性质的影响发现电子-空穴补偿在决定电学性能方面起着重要作用。所有这些结果都表明YBi是RPn (R =稀土元素; Pn = Sb和Bi)体系中一种半金属材料。
目录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.1.1 拓扑序与材料的结合 3
1.1.2 拓扑半金属 4
1.1.3 极大磁电阻效应 4
第二章 样品的制备与表征 6
2.1 材料制备方法 6
2.1.1 助熔剂法 6
2.2 表征仪器介绍 7
2.2.1 X射线衍射分析（XRD） 7
2.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 7
2.2.3 磁学性能测试（MPMS和VSM） 8
2.2.4 磁电阻及霍尔表征 9
2.2.5低温及磁场（PPMS） 9
第3章 非磁性半金属YBi中极大磁电阻及非平庸电子能带结构 10
3.1 引言 10
3.2 实验结果及分析 11
3.2.1 结构及元素分布分析 11
3.2.2 磁电阻效应 11
3.2.3 电子能带结构 13
3.2.4 霍尔效应及极大磁电阻分析 14
3.3 本章总结 16
第四章 总结与展望 17
参考文献 18
致 谢 24
第一章 绪 论
1.1引言
所谓磁电阻效应，即材料的电阻大小受到外加磁场影响而变化。长久以来，磁 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
电阻效应由于其在基础物理学和潜在的技术应用领域的极高的研究价值而引起了人们的广泛关注。自从巨磁电阻、庞磁电阻和隧磁电阻被发现，人们对探寻具有更大磁电阻效应的其他材料的热情就从来没有减退过。总而言之，由于无磁性材料在磁场下的电阻变化微小至可忽略不计，所以人们很少关注此类材料的磁电阻效应。最近，据预测，被称为拓扑半金属的石墨烯的某些三维类似物具有耐人寻味的磁性和电学性质，尽管这些材料是非磁性的。这是一个重要的标志，意味着对这些材料的磁电阻广泛研究正在进行当中。据报道，类似(W,Mo)Te2、(Nb,Ta)Sb2, Cd3As2, MPn (M = Nb and Ta, Pn = P and As)等单晶半金属材料在外磁场为9T、温度2K时具有较大的磁电阻，范围能达到105%至106%。另外，发现拥有高载流子浓度的金属PdCoO2和PtSn4,的磁电阻在磁场为14T，温度为2K时分别达到了104%和105%。与此同时，人们提出了几种模型来辅助理解这些化合物在磁场对电阻的影响背后所包含的复杂的物理机制。最流行的机制就是经典双能带模型，它预测出一个小的半金属中的电子密度和空穴密度的差异将会导致非饱和的和对磁场呈现抛物线形依赖关系的大磁电阻。一般来说，NbSb2和WTe2中存在电子空穴补偿，即使分别施加了32T和60T的磁场，他们的磁电阻也没有饱和。一些其他的有大磁电阻的半金属也展现出了类似的非饱和磁电阻特性，而此现象这无法用电子空穴补偿机制来解释。比如，据报道PtSn4中的大磁电阻来源于超高载流子迁移率，而电子和空穴密度完全不平衡。此外，在新近报道的Dirac半金属Cd3As2和Weyl半金属TaAs体系中，磁电阻对磁场呈线性依赖关系，在电子空穴补偿效应方面也出人意料。Abrikosov提出了一种可能的机制来解释这种不寻常的行为，当所有的载流子都被压缩至朗道能级的最低带即达到量子极限时，线性非饱和磁阻将出现在具有线性能量色散的三维无间隙化合物中。此外，在Ag2Se、Ag2Te等多晶样品中，磁电阻与磁场呈明显的线性依赖关系，其中奇特的迁移率波动的经典效应在控制输运性能方面发挥着重要作用。从上面的描述可以看出，非磁性化合物的大磁阻可以用不同的机理来解释，这就刺激了对很可能具有大磁阻和不同晶体结构的进一步探索，这可以为理解它们的复杂性提供一个新的平台。最近, Zeng等人预测，因为X点的能带反转在块体fcc布里渊区，所以镧单光子态LaPn(Pn = N, P, Sb,和Bi)的岩盐结构可以是一个拓扑狄拉克半金属(Pn = N)或三维拓扑绝缘体(Pn = P, Sb ,Bi)。此前，稀土单光子态RPn (R =稀土)由于其重费米子性质而得到了深入的研究，而曾明刚等人的提议重新点燃了人们对RPn拓扑方面的兴趣，并引发了密集的输运、光谱和理论研究。此外，在R(Sb,Bi)系中还发现了极大磁电阻和反常的电阻率高原，以及类似狄拉克锥的特征。特别是在LaBi中角分辨光发射光谱揭示了表面布里渊区
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处和
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点处得异常狄拉克锥形态，表明在
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处由于能带反转而存在非平庸拓扑性质。然而，LaSb的电子结构是有争议的。曾明刚等人研究的VUVARPES表明，因为这种化合物没有能带反转所以LaSb具有平庸的拓扑性质，。此外，利用VUVARPES的测量，牛黄俊等人发现了LaSb表示具有线性色散的拓扑圆锥形状。Alidoust等人在CeSb上进行的另一个VUVARPES表征表明，该化合物具有非平庸性质，并具有两组各向异性的狄拉克锥形态。然而，关于RSb拓扑与非拓扑特性的争论仍未解决。该体系中异常的输运行为如极限磁阻、电阻率平台等已得到广泛的确认。事实上，在非磁性RSb (R = La, Lu, Y)和反铁磁性RSb (R = Pr，Nd, Ce和Gd)等半金属中已经发现了非常大的磁电阻。然而，关于稀土元素RBi (R =稀土)的磁输运和电子结构的研究较少。与Sb相比，Bi具有更强的自旋轨道耦合，这说明RBi (R =稀土)具有更吸引人的电学表现。因此，本文合成了高质量的YBi单晶来揭示它的结构、输运性能、磁电阻效应和电子结构。正如下文所述，磁阻与外加磁场呈现抛物线的关系，在9T和2K时磁阻在0.8×

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