مطالعه نظم نواري و جستجوي فازهاي توپولوژي براي يافتن فازهاي نيم فلز توپولوژي، خط گره اي توپولوژي و نارساناي توپولوژي در مواد

دكتري

نظريه تابعي چگالي، ابزاري قدرتمند در دنياي فيزيك ماده¬چگال و شيمي محاسباتي، دريچه¬اي نوين به سوي درك عميق¬تر ويژگي¬هاي الكتروني مواد گشوده است. اين نظريه بر پايه اين ايده بنيادي بنا شده كه تمام ويژگي¬هاي الكتروني يك سامانه، تنها با داشتن چگالي بار آن سامانه قابل استخراج و پيش¬بيني خواهد بود. كاربردهاي گسترده نظريه تابعي چگالي، از محاسبه¬هاي ساختار بلوري و پيش¬بيني¬هاي ترموديناميكي تا محاسبه¬ي ساختار نواري، ويژگي¬هاي فونوني و غيره، نشان¬دهنده¬ي توانايي و كارايي اين نظريه در مطالعه مواد است. در سال¬هاي اخير، نقش اين نظريه در يافتن و مطالعه فازهاي توپولوژي، دريچه¬اي نوين به سوي دنياي شگفت¬انگيز مواد با ويژگي¬هاي خارق¬العاده گشوده است. يكي از بارزترين نمونه‌هاي مواد توپولوژي، نارسانا توپولوژي است. اين مواد، در انبوهه خود نارسانا هستند، درحالي كه كانال¬هاي رسانش كامل در سطح يا مرزهاي خود نشان مي‌دهند. اين پديده، ناشي از وجود حالت‌هاي سطحي يا لبه‌اي با ويژگي‌هاي توپولوژي ويژه است كه برهم‌كنش اسپين-مدار و تبهگني كرامرز نقشي اساسي در آن ايفا مي‌كند. شبه¬¬فلزهاي توپولوژي ديراك و وايل، از ديگر نمونه¬هاي جذاب اين دسته از مواد هستند. اين مواد، به¬ترتيب، داراي نقطه¬هاي ديراك و گره¬هاي وايل در ساختار نواري خود هستند كه ويژگي¬هاي ترابردي يكتايي را به آن¬ها اعطا مي‌كنند. وجود حالت‌هاي سطحي به نام كمان‌هاي فرمي، يكي از بارزترين ويژگي¬هاي اين مواد است. شكسته شدن تقارن‌هاي برگشت زماني يا وارون فضايي نقش كليدي در ايجاد اين فازهاي توپولوژي ايفا مي‌كند. مطالعه¬ها نشان مي‌دهد كه عوامل خارجي مانند فشار، كرنش، ناخالصي و آلائيدگي، ميدان الكتريكي و غيره مي¬توانند در مواد فاز توپولوژي يا كلاس‌هاي توپولوژي مختلف ايجاد كنند. اين امر، زمينه‌هاي نويني را براي طراحي و ساخت مواد با ويژگي¬هاي پيشرفته در حوزه‌هاي مختلف علم و فناوري، از جمله اسپينترونيك، ابررسانايي، و محاسبه¬هاي كوانتومي، فراهم مي‌كند. هدف اين رساله اين است كه با استفاده از توانايي نظريه تابعي چگالي، به جستجوي فاز و كلاس‌هاي توپولوژي در تركيب¬هاي پيشنهادي بپردازد. در انجام اين پژوهش، نقش عواملي مانند فشار هيدرواستاتيكي، تنش و كرنش‌هاي تك¬محوره، و آلايئدگي با غلظت‌هاي مختلف در گذار فازهاي توپولوژي برخي مواد مورد بررسي قرار خواهد گرفت. مطالعه، محاسبه و تجزيه و تحليل ويژگي‌هاي توپولوژي مانند ناورداهاي توپولوژي، نظم نواري (نوارهاي معمولي و وارونه)، و حالت‌هاي سطحي توپولوژي، از جمله اهداف كليدي اين پروهش هستند. علاوه¬بر اين ويژگي¬هاي فيزيكي، مكانيكي و شرايط پايداري تركيب¬ها نيز مورد بررسي قرار گرفته است. انتظار مي‌رود كه اين رساله به معرفي و شناسايي مواد جديد با فازهاي توپولوژي و درك عميق‌تر از سازوكار‌هاي گذار فاز توپولوژي منجر شود. يافته‌هاي اين پژوهش مي‌تواند گامي مهم در جهت توسعه علم مواد توپولوژي و كاربردهاي آن در زمينه‌هاي مختلف باشد.

229681

دانشگاه اصفهان

فيزيك

زهرا نوربخش حبيب آبادي