【拓扑材料的应用研究的国内外文献综述3500字】

1拓扑材料的应用研究的国内外文献综述 1 1 2近些年来，对拓扑材料的研究从理论到实验都取得了一系列突破性的进绝缘体表面态的自旋-动量锁定的特点，导致电子在表面进行传输的时候，产生1.1在异质结中的应用的生长，并且具有清晰的界面[421,这些界面是通过将不同的原子层在一个平面互作用。因此，这种横向异质结构将允许能带的调控在单原子层厚度范围[43。在图1.6中，给出了横向异质结的面内外延生长示意图。2在拓扑绝缘体异质结研究领域，横向异质结比纵向的异质结发挥着更大的作用[44]。因为在一个纵向的异质结中，表面是被消除的，因此没有拓扑表面态。而当两个拓扑绝缘体材料被很好的拼接在一个平面的时候，横向的异质结会生成例如，在横向生长的异质结中，通过调控拼接纳米带的宽度，可以改变晶体的性质，可以用于一些量子设备[47,48]。另外，构建横向的异质结，在磁电子学的应用领域也有很大的用处。当施加一个量子化的朗道磁场的时候，量子霍尔边界态将会出现并且积累自旋。在界面处，会出现自旋过滤态[49,501。与传统的三维异质结相比，平面横向异质结还有栅极整流可调整的优点。最近实验上合成的二维1.2在锂离子电池负极中的应用锂离子电池是现代社会重要的储能设备，其能量密度高，体积轻巧便携，目前已经广泛的应用在生活的各个方面53。然而，随着科学技术的发展，尤其因为电动汽车的兴起，对储能设备的要求越来越高，现有的电池性能已经不能满足应用的要求54]。锂离子电池材料主要由三部分组成：正极，负极和电解质。负极作为存储锂离子的主要部分，对于提升电池的整体表现性能是非常重要的。锂金属直接作为负极会发生一些不可逆反应，导致循环寿命很差。另外锂金属负极因此，锂离子电池必须使用一些层状或者多孔材料来作负极，为锂离子提供吸附位点[571。在锂离子电池负极的各种选择中，石墨碳材料的应用是非常广泛的。很早之前石墨就已经被生产用到了工业和生活中去，并且目前仍然是使用最广泛的的负极材料[581。石墨层平面之间的空隙为锂离子的插入提供了位点，并且提供了良好的二维机械稳定性，便于锂离子的传输移动。如图1.7所示，这样每六个碳原3要求。另外，在锂插入层间过程中，石墨沿着垂直平面方向承受10%的单轴应规的多孔碳中的无序结构，不利于锂离子的吸附和迁移。(2)在边界处不可逆反应的发生导致库仑效率低，多孔碳的库仑效率一般低于50%,(3)无序的孔洞负极中，将这两个领域结合了起来。如图1.8所示，bco-C16的能带结构在费米4费米弧[631。并且该材料是规则的多孔结构，给锂离子的吸附和迁移提供了位点和路径。通过第一性原理计算和集团展开方法，发现拓扑半金属bco-C16是一个各方面性能都不错的电池负极63。其理论容量较高，为558mAh/g(Li-C4),远高于石墨电极的容量372mAh/g(Li-C6)。锂离子在bco-C16材料中，沿着一维的通道迁移，并且扩散通道对外界的压力变化并不敏感。在满吸附构型下，锂离子的迁移能垒为0.019eV,平均开路电压为0.23V。以上的研究结果表明，拓扑碳材料作为电池负极有较高的容量，高的倍率性能，因此拥有良好的应用前景。图1.8拓扑半金属bco-C16用在锂离子电池负极。拓扑量子物态和锂离子电池是目前科学技术领域的研究热点。以上工作将拓扑半金属和三维多孔碳结合起来，用到了电池负极中去，将这两个领域联系了起来。这拓宽了拓扑半金属的应用范围，为寻找新型的电池负极提供了新的思路。[1]QiX-L,ZhangS-C.TopoPhysics,2011,83(4):1057-1110.[2]MooreJE.Thebirthoftopologicalinsulators.Nature,2010,464(7286):19calculations.JournalofPhysics:CondensedMatter,2016,28(30):303001.graphenenetworks.PhysicalReviewB,2015,92(4).MatterPhysics,2017,8(1):337-354.5Two-DimensionalPeriodicPotential.PhysicalReviewLetters,1982,49(6):405-408.[8]BansilA,LinH,DasT.Colloquium:Topologicalbandtheory.ReviewsofModernPhysics,2016,88(2):021004.[9]KaneCL,MeleEJ.Qua2005,95(22):226801.PhaseTransitioninHgTeQuantumWells.Science,2[11]ZhangH,LiuC-X,QiX-withasingleDiracconeo[12]ChenYL,AnalytisJThree-DimensionalTopologicalInsulator,Bi₂Te3.Science,2009,325(5937):178.[13]ZhangY,HeK,ChangC-Z,etal.Crossoverofthethree-dimensionaltopologicalinsulatorBi₂Se₃tothetwo-dimensionallimit.NaturePhysics,2010,6(8):584-588.[14]ChangC-Z,ZhangInsulatorwithCarrier-IndependentLong-RangeFerr25(7):1065-1070.TransitioninTopologicalInsulators.Science,2013,3[16]ChangC-Z,TangP,WangY-L,etatheDiracSurfaceStatesofBi₂Se3InducedbyAggregatedSubstitutionalCReviewLetters,2014,112(5):056801.[17]VaeziA,LiGatedMultilayerGraphene.PhysicalReviewX,2013,3(2):021018.[18]WanX,SavrasovSY.TurningabandinsulatorintoanCommunications,2014,5(1):4144.Bi₂Se₃filmsinducedbyad-wavehigh-temperaturesuperconductor.NaturePhy[20]WangK,GrafD,PetrovicC.LargemagnetothermopowerandFermisurfacereconstructioninSb₂Te₂Se.PhysicalReviewB,2014,89(12):125202.[21]WangK,GrafD,LeiH,etal.Quantumtransportoftwo-dimensionalDiracfermionsinSrMnBi2.PhysicalReviewB,201[22]WangM-X,LiuC,XuJ-P,etal.TheCoexistenceofTopologicalOrderintheBi₂Se₃ThinFilms.Science,2012,336(6077):52-55.Weylmetals.PhysicalReviewB,2013,88(10):10441PhysicalReviewB,2013,87(23):235306.[25]WangZ,SunY,ChenX-Q,etal.inA₃Bi(A=Na,K,Rb).PhysicalReviewB,2012,85(19).6compoundTaAs.NaturePhysics,2015,11(9):728-732.[27]DengK,WanG,DengP,etal.Experimentalobservationoftotype-IIWeylsemimetalMoTe2.NaturePhysics,2016,12(12):1[28]FengB,FuB,KasamatsuS,etal.ExperimeDiracnodallinefermionsinmonolayerCu₂Si.Nat[29]YuR,WengH,FangZ,etal.SemimetalStateinAntiperovskiteCu₃PdN.Physicalsurfacestatesintheelectronicstru[31]WangZ,WengH,WuQ,etal.Three-dtransportinCd₃As2.PhysicalReviewB,2013,88(12):125427.LoopsandPoints.NanoLetters,2015,15(10):69TunableProperties,FabricationsandApplications.AdvancedFunctionalMaterials,2017,27(19):[34]MullenK,UchoaB,GlatzhoferDT.LineofDiracNodesinHyperhoneycombLattices.PhysicalReviewLetters,2015,115(2):026403.[35]FengX,WuQ,ChengY,etal.MonsemimetalprotectedbyPT-symmetry.Carbon,2018,127:527-532.[36]ZhongC,ChenY,Yu