三维狄拉克半金属 Cd3As2的单晶制备与输运性质的研究
CoxBy合金力学性能、热学性质及电子性质的第一性原理研究
第 4 期第 192-199 页材料工程Vol.52Apr. 2024Journal of Materials EngineeringNo.4pp.192-199第 52 卷2024 年 4 月Co x B y 合金力学性能、热学性质及电子性质的第一性原理研究Mechanical ，thermal and electronic properties of Co x B y alloys ：a first -principles study金格1，吴尉1，李姗玲1，陈璐1，史俊勤1，2*，贺一轩1，2*，范晓丽1，2（1 西北工业大学 材料学院 先进润滑与密封材料研究中心，西安 710049；2 凝固技术国家重点实验室，西安 710072）JIN Ge 1，WU Wei 1，LI Shanling 1，CHEN Lu 1，SHI Junqin 1，2*，HE Yixuan 1，2*，FAN Xiaoli 1，2（1 Center of Advanced Lubrication and Seal Materials ，School of Materials Science and Engineering ，Northwestern PolytechnicalUniversity ，Xi ’an 710049，China ；2 State Key Laboratoryof Solidification Processing ，Xi ’an 710072，China ）摘要：Co x B y 合金是一种具有高硬度和高熔点的材料，因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性，在诸多领域具有广泛的应用前景。
基于第一性原理方法研究了CoB ，Co 2B ，Co 3B ，Co 23B 6，Co 5B 16 5种Co x B y 合金的热力学性质和电子性质。
采用能量-应变方法计算了二元合金的弹性常数和相关力学特性，基于准简谐德拜模型计算了有限温度内的德拜温度ΘD 和热膨胀系数α等热力学特性。
《2024年单层α-GeTe金属—氧化物—半导体场效应晶体管电子输运性质的研究》范文
《单层α-GeTe金属—氧化物—半导体场效应晶体管电子输运性质的研究》篇一单层α-GeTe金属-氧化物-半导体场效应晶体管电子输运性质的研究一、引言随着纳米科技和微电子技术的快速发展，场效应晶体管（FETs）在电子器件领域的应用日益广泛。
单层α-GeTe作为一种新型的二维材料，因其具有优异的电学和光电性能，成为科研工作者研究的热点。
本研究主要关注单层α-GeTe金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管的电子输运性质，旨在揭示其电子传输机制和性能特点，为开发高性能的电子器件提供理论支持。
二、单层α-GeTe材料概述单层α-GeTe是一种具有独特结构的二维材料，其层状结构使得电子在传输过程中受到的散射较小，具有较高的载流子迁移率。
此外，单层α-GeTe还具有较高的电子亲和能和较大的能隙，使得其在光电器件和电子器件中具有潜在的应用价值。
三、实验方法与模型构建本研究采用第一性原理计算方法和基于密度泛函理论（DFT）的模拟方法，构建了单层α-GeTe金属-氧化物-半导体场效应晶体管的模型。
通过优化晶体管的结构参数和电子能带结构，分析其电子输运性质。
四、电子输运性质分析1. 载流子传输：在单层α-GeTe MOS FET中，载流子主要通过半导体层进行传输。
由于材料的高迁移率和较小的散射，使得载流子在传输过程中具有较高的速度和较低的能量损失。
2. 栅极调控：通过施加栅极电压，可以有效地调控半导体层的电导率。
当栅极电压增大时，半导体层中的载流子密度增加，从而提高晶体管的导电性能。
3. 界面效应：金属与氧化物之间的界面性质对电子输运具有重要影响。
界面的能级匹配和散射程度直接影响载流子的传输效率和速度。
因此，优化界面性质是提高单层α-GeTe MOS FET性能的关键。
4. 温度依赖性：随着温度的升高，晶格振动增强，导致载流子散射增加，从而影响电子输运性能。
因此，研究温度对单层α-GeTe MOS FET电子输运性质的影响具有重要意义。
三维狄拉克半金属中的超导特性_王晋岚
。
前示 范 电 站 的
，
验 调 试 阶 段 核 研 院 用 了 两 年 时 间 完 成 了
。
，
１
００
项 安 全
、
一
系 列 关 键 技 术 和 设备 研 制 已 得 到 试 验 验 证
２０
１
电站重
系 统 的 热 态 调 试 试 验 包括 物 理 热 工 设 备 性 能 系 统要 设 备 从
前 沿 Ｆ Ｒ Ｏ Ｎ Ｔ
Ｉ
Ｅ Ｒ
堆 或改 进 型 压 水 堆 具 备固 有安全 性
。
、
，
但 是 第 四 代 核 电 站 首 选 堆 型 还 是 先 进 压 水 堆 及 高 温 气 冷 堆 核 电 站 列 为
一
”
１
６
个 重 大 专项
供 热 和 发 电 效 率 更 高 的 模 块 式 球床 之
（
的 超 导 特 性 獅 漏
［
，
Ｈ 雜 賊 转顯
：
种拓扑材料 的 相临 界点
通 过 改 变 或 Ｍ ａ
，
ｏ ｒ ａｎ ａ Ｆ ｅ ｒ ｍ ｉｏ ｎ
ｊ
）
引 起 的 零压 电 导
一
本刊讯
］
北 京 大 学 物 理 学 院 量 子 调 制 三 维 狄 拉 克 半 金 属 的 参 数
、
、
可 以峰
，
，
．
原子能科学技术 漏
，
，
３７
（
增刊
：
）
：
４５
￣
４９
．
发 挥 作 用 第 三 步 发 展 高 温 气 冷 堆 的 工 艺 供 热 进 行 煤
突破传统分类的三重简并费米子的实验发现
突破传统分类的三重简并费米子的实验发现1928 年，著名理论物理学家狄拉克(Dirac)提出描述带有相对论效应电子态的狄拉克方程。
第二年，外尔(Weyl)指出狄拉克方程无质量的解描述的是一对具有相反手性的新粒子，这就是外尔费米子。
1937 年，马约拉纳(Majorana)预言，当狄拉克方程加上反粒子是自身的限制条件后，则描述的是另一种类型的费米子，即马约拉纳费米子。
根据目前的理论，在宇宙空间中，由于受到洛伦兹不变性的限制，仅存在以上三种类型的费米基本粒子，分别被三个基本方程来描述。
狄拉克费米子已经被发现，大家所熟知的电子、质子、中子等都是狄拉克费米子，而外尔费米子和马约拉纳费米子还没有在粒子物理实验中被观测到。
另一方面，在固体材料中，众多电子受到周期性晶格和电子—电子间相互作用的影响会表现出不同于单个自由电子的集体行为。
这样的集体激发可以看作是一个假想的新粒子，即所谓的准粒子。
有趣的是，描述固体中某些准粒子的哈密顿方程和定义宇宙中费米子的基本方程有相同的形式，可以看成宇宙中的费米子在固体中的“影子”。
电子所处的固体材料被称为“固体宇宙”，与时空连续的宇宙空间不同，“固体宇宙”只需满足不连续的分立空间对称性，即230 种晶体空间群。
由于对称性的降低，在“固体宇宙”中可能存在更多类型的准粒子，描述它们的哈密顿方程与基本方程的形式不同，不能被归纳到以上三种类型的费米子，因此超出了对费米子的传统分类。
寻找“固体宇宙”中各种类型的费米准粒子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。
中国科学家在寻找“固体宇宙”中的费米准粒子领域做出了关键的突破性贡献。
2012 年和2013 年，中国科学院物理研究所(以下简称中科院物理所)方忠、戴希、翁红明研究组理论预言Na 3Bi 和Cd 3As 2是狄拉克半金属，其体态能带存在着受晶格对称性保护的无“质量”的三维狄拉克费米子。
随后，英国牛津大学陈宇林研究组用角分辨光电子能谱(ARPES)在Na 3Bi 和Cd 3As 2成功观测到了三维狄拉克锥结构，从而首次证实了“固体宇宙”中三维狄拉克费米子的存在。
CdS及其稀土掺杂纳米带的制备与发光性质的研究
试 验前 先 对 系 统 抽 真 空 ， 当真 空度 达 到 ０ １ ３ ａ ． ３Ｐ 时 ， ３ ｍｌｍｉ 以 ０ ／ ｎ的流 量 向系 统 中 通入 纯 氮 气 ， 当气 压
达 到 １ ０ ×１ ａ时 ， 止 通 气并 保 持 １ ｍｉ ， 后再 ． １ ０Ｐ 停 ０ ｎ然 用 真空 泵抽真 空 ， 最后再 通入 纯氮 气 ， 样 重 复 ３次排 这 尽管 中的空 气 ； 以 ３ ｍｌｍｉ 再 ０ ／ ｎ的流 量 向 系 统 中通 入
的 发 光 峰 ， 别 位 于 ５ ５ ５ ６和 ５ ２ ｍ 处 。 分 ２ 、５ ８ｎ
究 各稀 土掺 杂 对 纳 米带 尺寸 、 貌 和 结 构 的影 响 。利 形 用 荧光 光谱 仪 （ Ｌ 测试 各 纳 米 带 的光 致 发光 谱 ， 究 Ｐ ） 研 Ｃ Ｓ纳米 带 的发光 特性 以及 各稀 土掺 杂对 纳 米带 发 光 ｄ
有 六方 结构 ， 晶格 常数 ａ ． １ ｎ ｃ ． ７ ｎ Ｃ Ｓ 一０ ４ ４ ｍ、一０ ６ １ ｍ； ｄ 纳 米带 的光致发 光谱 的 谱峰 位 于 ４ ５ ｍ 左 右 ； ｄ ０ｎ Ｃ Ｓ：
Ｃ 。 米 带 的 光 致 发 光 谱 的 谱 峰 位 于 ５ ３和 ５ ５ ｍ ｅ 纳 ２ ３ｎ 处 ； ｄ Ｅ 件 纳 米 带 的 光 致 发 光 谱 中观 察 到 ３个 强 Ｃ Ｓ： ｒ
文 章 编 号 ：０ １９ ３ （ Ｏ ０ ０ －ｌ ５０ １ ０ －７ １２ １ ） １０ ｌ－３
坩埚 中， 将坩 埚 放 在 石英 管 中并 使 原 材料 位 于炉 子 再 的 高温 区 。试 验 中 用 于原 位 收 集 Ｃ Ｓ纳 米 带 的衬 底 ｄ 为抛 光 的硅片 ， 其 切 成 １ ｒｍ ×１ ｒｍ 大小 ， 别 在 将 ０ ａ ０ ａ 分
三维狄拉克半金属中的超导特性
［本 文 受 由清 华 大 学 自主科 研 计 划 “中 国近 现 代 科 学 技 术 的 社 会 史 研 究 ”（２Ｏ１２Ｚ０１０１６）、科 技 部 创 新 方 法 工 作 专 项 “名 老 专 家 学 术 传 承 整理 ”（２００８ＩＨ０２０４００）项 目支 持 。 ］
『ｌｌ吕应 中 ，王 大 中 ，钟 大 辛 ，等．高 温 气 冷 堆 在 我 国 的 发 展 与 应 用 前 景 ． 核 科 学 与 工程 ，１９８８，８（３）：２６０—２７０．
【７】朱 钧 国 ，杨 冰 ，张 秉 忠 ，等 ．１０ＭＷ 高 温 气 冷 堆 首 次 装 料 的 包 覆 燃 料 颗 粒 研 制 ．原 子 能 科 学 技 术，２００３，３７（增 刊 ）：４５—４９．
［５】肖宏 伶 ，刘 继 国．１Ｏ兆 瓦 高 温 气 冷 堆 燃 料 元 件 装 卸 系 统 的控 制 系 统 设 计 ．核 动 力 工 程 ，２０００，２１（６）：５３２—５３５．
［６】李 富 ，安 珍 彩 ，张 良驹 ，等 ．ＨＴＲ一１０数 字化 保 护 系 统 的验 证 与 确 认 ．核 动力 工 程 ．２００１，２２（６）：５０８—５１２．
１０ 兆 瓦 高 温 气 冷 堆 在 实 现 临 界 后 ，正 式 进 入 热 试 验 调 试 阶 段 。核 研 院 用 了 两 年 时 间 ，完 成 了 １００项 安 全 系 统 的 热 态 调 试 试 验 ，包 括 物 理 、热 工 、设 备 性 能 、系 统 运 行 、环 境 影 响 等 方 面 试 验 ，其 中 在 国 家 核 安 全 局 专 家 现 场 监 督 下 进 行 的 重 要 试 验 达 ２８项 ， 如 控 制 棒 系 统 、 燃 料 装 卸 系 统 、主 氦 风 机 、余 热 载 出 系 统 、氦 气 净 化 系 统 等 的 试 验 ，对 系 统 的 安 全 性 和 运 行 可 靠 性 做 了 全 面 验 证 。２００２年 １１月 １４ 日 ，国 家 核 安 全 局 对 １０兆 瓦 高 温 气 冷 堆 进 行 了 提 升 功 率 前 的 检 查 ，批 准 了 提 升 功 率 并 网 发 电 的 申请 。 ２００３年 １月 ７ １３，高 温 气 冷 堆 成 功 并 网 发 电 ：２６— ２９ 日 ，顺 利 实 现 满 负 荷 ７２小 时 连 续 运 行 。实 验 证 明 ，该 反 应 堆 在 ｌ０兆 瓦 满 功 率 下 ．主 要 指 标 达 到 设 计 要 求 。运 行 性 能 良好 ，成 功 地 实 现 了 项 目的 预 定 目标 和 要 求 。２００６年 ，“１０兆 瓦 高 温 气 冷 实 验 反 应 堆 ”项 目获 得 国 家 科 技 进 步 一 等 奖 。
三维狄拉克半金属的古斯-汉欣效应研究
2018年18期科技创新与应用Technology Innovation and Application创新前沿三维狄拉克半金属的古斯-汉欣效应研究王国飞(中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉430074)摘要：用有限元软件Comsol Multiphysics 进行模拟仿真，研究了线偏振光入射到三维狄拉克半金属的古斯-汉欣效应。
结果表明，对于TE/TM 偏振入射光，随着波长增大，古斯-汉欣位移均达极值，不同偏振光的古斯-汉欣位移方向相反。
关键词：三维狄拉克半金属；古斯-汉欣效应；有限元模拟中图分类号:TB383 文献标志码：A 文章编号= 2095-2945(2018) 18-0005-03Abstract : Applying the finite element software Comsol Multiphysics to finite element simulation 袁this paper studies the Goos-Ha nchen (GH) effect of linear polarized light incident to 3D Dirac semi-metal. The results show that for the polarized incident light of TE/TM 袁with the increase of wavelength 袁the displacement of Goos-Hanchen reaches an extreme value 袁and the direction of the shift of Goos-Hanchen of different polarized light is opposite.Keywords : 3D Dirac semi-metal; Goos-Hanchen effect; finite element simulation引言光束人射到两种不同介质的分界面，反射光束偏离几何 光学的预期并产生了位移，该位移被称为古斯-汉欣(GH )位 移|1]。
狄拉克半金属材料的理论研究与实验发现
狄拉克半金属材料的理论研究与实验发现近年来，随着科技的不断发展，人们对材料的研究也日益深入。
其中一个受到科学家们广泛关注的材料就是狄拉克半金属材料。
这种材料的理论研究和实验发现为我们带来了前所未有的科技突破，并成为推动各领域创新发展的重要力量。
狄拉克半金属材料的概念可以追溯到狄拉克方程，该方程是著名物理学家狄拉克在上世纪20年代提出的一种描述粒子性质的方程。
与常规的带有质量的粒子不同，狄拉克方程得到的解是一种没有质量的粒子，称为狄拉克粒子。
而狄拉克半金属材料则是一种具有狄拉克粒子存在的材料。
理论研究表明，狄拉克半金属材料通常由过渡金属或共价晶体构成。
在这种材料中，电子在能带中展现出一种线性色散关系，因此可被视为一种无质量的费米粒子，而这恰好是导致其独特性质的根源。
实验研究表明，狄拉克半金属材料不仅具有良好的导电性能，还具有一些其他材料所不具备的奇特性质，例如它们表现出的电阻随温度的变化是线性的，而不是像常规金属那样随温度呈指数增长。
最近，狄拉克半金属材料的研究进展受到了广泛关注。
科学家们通过实验和理论模拟，不断拓展狄拉克半金属材料的应用领域。
其中，该材料在电子学、光电器件和能源存储等领域具有广泛应用前景。
例如，狄拉克半金属材料可用于制造高效的电池。
针对传统电池因寿命短、能量密度低等问题，科学家研发出了以狄拉克半金属材料为阳极的新型锂离子电池。
这种电池不仅能更有效地存储和释放能量，也能让电池寿命更长。
此外，狄拉克半金属材料还可以被应用于光电器件。
以铁电材料二氧化钛为例，由于其自旋电荷耦合，可以制造出具有狄拉克电子性质的金属/半导体材料。
利用这种材料，科学家们设计出了可用于制造高速光电转换器件的狄拉克半金属光电材料。
总之，狄拉克半金属材料的理论研究和实验发现为我们开拓了前所未有的材料领域。
未来，我们有理由相信，该材料将在各个领域展现出更多的应用和潜力。
α-T_(3)晶格各向异性磁输运性质的研究
α-T 3晶格各向异性磁输运性质的研究杜玉玲1,2杨荣森1,2*(1、毕节市工业和信息化局,贵州毕节5517002、电子科技大学,四川成都610054)石墨烯因其高电导率、高迁移率等出色的导电性能,以及反常量子霍尔效应[1,2]、Klein 隧穿[3-5]而备受关注。
石墨烯的出现使得二维材料成为广大学者研究的热点,在SrTiO 3/SrIrO 3/SrTiO 3晶格的(111)方向生长三层结构[6]以及在冷原子限制下的光学晶格中[7],研究发现了T 3晶格,这种晶格的低能行为和石墨烯中的哈密顿量完全一致[8]。
α-T 3晶格最早出现在光晶格中,同时Hg 1-x Cd x Te 在二维极限和临界掺杂下,也能满足α-T 3晶格模型[9],作为一种介于石墨烯蜂巢晶格和T 3dice 晶格的二维材料,参数α主要用来描述中央格点与蜂巢格点的耦合强度[10]。
在α-T 3晶格的大量研究中,已经发现Klein 隧穿效应[11,12]、Floquet 拓扑相变[13]、Hofstadter 蝴蝶效应[14]等物理性质。
本文推导出α-T 3晶格中粒子的透射概率表达式,并采用Mathematica 软件仿真,研究磁势垒下α-T 3晶格的电子输运性质。
1α-T 3晶格模型图1α-T 3晶格模型α-T 3晶格模型最初是针对冷原子系统提出的,是一种新型的二维材料。
在α取0和1的极限下,α-T 3晶格分别对应于蜂巢晶格和T 3晶格。
如图1所示,α-T 3晶格的每个细胞包括三个格点,子格A 与子格B 耦合,跃迁振幅为t ,子格C 只与子格B 耦合,跃迁振幅为αt 。
2理论研究假设α-T 3晶格中的粒子从y-z 平面入射,粒子的入射角φ满足α=tan φ[11],在宽度为L 区域II 上施加与x 轴方向呈角度θ的变化磁场M ,磁化矢量在x-z 平面上,则α-T 3晶格中低能电子的哈密顿量可以表示为[15]图2磁场M 作用下的α-T 3晶格(1)(2)式(1)中,H kin 代表动能[10],S(α)是α-T 3晶格的矩阵,M(x)为施加的磁场,△是磁场强度大小,根据α-T 3模型的边界条件[12]计算出各区域波函数。
三维狄拉克半金属Cd3As2的单晶制备与输运性质的研究
三维狄拉克半金属Cd3As2的单晶制备与输运性质的研究拓扑绝缘体是一种新奇的量子材料，它与普通绝缘体一样都具有体能隙，但是它与普通绝缘体不同的是，在其表面具有受拓扑保护的金属态。
三维拓扑半金属代表一种新型量子态材料，它不同于在二维动量空间显示线性的色散关系拓扑绝缘体的表面态，三维半金属在体态上沿各个方向显示线性的色散关系。
在体态上除了没有能隙的点外，三维狄拉克半金属表面的费米弧同样是受“拓扑保护” 的表面态。
Cd3As2被证明是一种三维狄拉克半金属，具有许多新奇的的物理性质：如极高的迁移率，较低的载流子浓度，巨大的线性磁电阻以及独特的能带结构，这些都表明Cd3As2是一种奇特的拓扑量子材料。
在本论文中，我们通过气相输运法生长了 Cd3As2单晶，并通过单晶的粉末X射线衍射（XRD）和电子能谱分析（EDX）对得到的晶体进行评价；在此基础上进一步研究了零磁场及高磁场下的电输运特征。
关键词：拓扑绝缘体，三维狄拉克半金属，Cd3As2,单晶生长中文摘要 (I)英文摘要 (II)第一章导论 (1)第二章基础理论 (3)2. 1量子霍尔效应 (3)2.1.1整数量子霍尔效应 (3)2. 1.2分数量子霍尔效应 (4)2.2量子反常霍尔效应 (4)2.3拓扑绝缘体 (5)2.4三维狄拉克半金属 (6)第三章研究历史 (7)1.1拓扑绝缘体的研究 (7)1.2三位狄拉克半金属的研究 (8)第四章晶体生长方法 (9)4.1气相输运法 (9)4.2其他方法 (9)4.2. 1 Bridgman 法 (9)5.2.2水热法 (10)6.2.3助熔剂法 (10)7.2.4溅射法 (10)第五章Cd3As2样品的制备 (12)5.3单品合成13III5.1 Cd^As：：的基本结构 (12)5.2实验仪器及配料 (12)第六章Cd3As2单晶的物性表征 (14)6.1 XRD结构分析 (14)6. 1. 1理论基础 (14)6. 1. 2 测量结果及分析 (14)6.2 EDX能谱分析 (15)6.3 PPMS测试结果 (17)6.3. 1 R-T 曲线 (17)7.3.2 M-R 曲线 (18)第七章总结与展望 (19)7.1总结 (19)7.2展望 (19)23第一章导论一直以来，凝聚态物理学的一个中心课题就是寻找不同的物质态并对它们进行分类。
拓扑半金属Cd_3As_2纳米线和ZrSiSe块体的量子输运研究
拓扑半金属Cd_3As_2纳米线和ZrSiSe块体的量子输运研究近年来拓扑半金属的一系列材料被预言和发现,包括狄拉克(Dirac)半金属、外尔(Weyl)半金属、点-线(Node-Line)半金属。
拓扑半金属拥有能带交叉点,在这个交叉点或由交叉点形成的线上能隙为零。
当一个闭合的环围绕这个交叉点作Berry连续积分时,将得到π的Berry相位。
在二维(2D)体系中,石墨烯和拓扑绝缘体的表面态可以看作拓扑半金属,在Dirac点附近的低能带部分可以用无质量的Dirac方程来描述。
在本文的工作开展之时,拓扑绝缘体已经被人们发现,表面态的Aharonov-Bohm(AB)效应、量子霍尔效应、量子反常霍尔效应等新奇现象不断地被人们观测到,同时人们追寻的前沿拓扑半金属材料如雨后春笋般出现。
由于体相的载流子在输运上的贡献,由表面态引起的Dirac费米子信号比较微弱。
因此寻找Dirac费米子行为显著的拓扑材料是迫切需要解决的问题。
我们选择对3D Dirac半金属Cd3As2纳米线和拓扑Node-Line半金属ZrSiSe晶体进行输运研究发现,与拓扑绝缘体不同,它们在3D体相拥有能带交叉点。
正如所期待的那样,我们在磁电阻输运上观测到有趣的量子振荡。
研究成果可以总结为如下两部分:(1)我们用化学气相沉积(CVD)方法合成了高质量的Cd3As2纳米线,对直径为180 nm的纳米线进行电输运测量。
观测到了舒勃尼科夫-德哈斯(SdH)振荡,对其进行分析和拟合,得到振荡频率F=28.27T,有效质量m*=0.052me,由朗道范图得到接近π的非平庸Berry相位,说明电子输运是由狄拉克费米子主导。
不同磁场方向的SdH振荡显示费米面的极化截面积不变,说明费米面是球形。
由SdH振荡估算得到的平均自由程大于纳米线的直径,预示可能实现了一维电子输运。
(2)用化学气相输运(CVT)法合成了 Node-Line半金属ZrSiSe晶体,对其进行一系列磁化强度和磁电阻测量以研究其量子振荡。
中南大学汪炼成教授课题组：三维金属-半导体-金属AlN深紫外探测器
中南大学汪炼成教授课题组：三维金属-半导体-金属AlN深紫外探测器汪炼成，物理电子学博士，中南大学特聘教授，博士生导师，微电子科学与工程系副主任，高性能复杂制造国家重点实验室研究员。
博士毕业于中科院半导体研究所, 先后在新加坡南洋理工大学，新加坡科技大学和英国谢菲尔德大学从事博士后研究工作，科研方向为第三代半导体电子/光电子器件和系统集成。
近日，中南大学汪炼成教授（通讯作者）课题组采用MOCVD 在蓝宝石（002）上外延生长了1.5 μm厚的AlN材料，AlN材料相关参数测试为电子浓度1×1014 cm-3，电子迁移率135 cm2V-1s-1，载流子寿命1×10-8 s，对应200 nm光吸收系数1×105cm-1，XRD测试结果AlN为002面半高宽0.22度，透过率测试结果显示材料吸收波长在200 nm处急速下降。
在材料参数测试完以后，作者对AlN材料进行光刻，形成叉指电极图案，然后采用ICP（ICP Power (W): 450; (RF) / 75, Cl2: 40 sccm, BCl3: 5sccmAr2: 5sccm)刻蚀深度分别为0.5 μm、1.0 μm和1.3 μm。
再采用磁控溅射沉积1.4 μm厚的Ni金属，最后采用丙酮去除光刻胶和多余Ni金属得到3D-MSM器件，并且把刻蚀1.3 μm器件倒装键合在有基板电路的硅衬底上，形成背入射式FC-3DMSM器件。
同时，作者也制作了未刻蚀的MSM器件作为对比。
器件制作完成后，采用紫外测试系统对器件进行光电特性测试，测试系统包括光学平台、卓立汉光氘灯 (ZOLIX LSDS-30-DZ01, Spectrum: 180-400 nm, Power: 30 W)、单色仪(Bandpass: 5 nm)，光功率计、屏蔽箱和吉时利4200 SCS参数分析仪。
测试结果显示在8V偏压下FC-3DMSM、3D-MSM (0.5 μm)、3D-MSM (1 μm)光电流比未刻蚀MSM器件分别增大78%、52%、48%；在2V偏压下200 nm光波长处MSM、3D-MSM (0.5 μm)、FC-3DMSM器件响应度分别为0.0065 A/W、0.008 A/W和0.0096 A/W，3D-MSM(0.5 μm)和FC-3DMSM 器件比MSM器件响应度提高23%和47%。
拓扑物态研究的现状与趋势
拓扑物态研究的现状与趋势吴根;王兵;陈卓敏;杨涛【期刊名称】《科技中国》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P10-14)【作者】吴根;王兵;陈卓敏;杨涛【作者单位】科技部高技术研究发展中心;西安交通大学;复旦大学;西北大学【正文语种】中文拓扑物态的发现对整个物理学的发展产生了深远的影响。
这些全新拓扑物性的出现有望彻底颠覆现有的电子、信息与半导体技术，从而推动整个社会跨越式进步。
本报告在对拓扑物态领域国内外研究动态以及我国发展现状分析的基础上，总结了拓扑物态研究中形成的高效研究模式，并对如何强化和发展这种研究模式提出思考。
一、关于拓扑物态1. 定义与内涵拓扑物态是由量子效应导致的与某些拓扑性质相联系的新物态。
拓扑物态是物理学角度的物态分类中的一种，是指具有一定拓扑特性的物质状态会因其拓扑特性而呈现出特殊的，甚至是全新的物理性质，是拓扑学概念在物理系统中的体现。
凝聚态物理的主要研究内容就是发现并描述新物态，研究其相变的过程、现象和规律。
物质的状态丰富多彩，如何分类并正确描述，是核心的科学问题。
在拓扑物态被发现前，科学家们认为几乎所有的物态都可以用“对称性”和某种“局域序参量”来描写，而物态转变（相变）的过程都伴随着“对称性破缺”，这种观点延续了半个多世纪。
拓扑物态的发现（特别是量子霍尔效应的发现）彻底颠覆了这种观点。
有一大类全新的物态——拓扑物态，不能仅用对称性的观点描述，其相变过程也没有必要伴随对称性的破缺。
要正确描述这类物态，必须用到数学中“拓扑”“拓扑不变量”及“拓扑类”的概念。
这为我们认识物质世界提供了一个全新的视角。
2.研究拓扑物态的意义拓扑物态研究是近10年来凝聚态物理领域内最为重要和快速发展的前沿热点之一，其影响力已从凝聚态物理研究辐射到整个物理学，乃至化学、材料学、信息学、生物学、电子技术、半导体技术、能源技术等广阔的领域。
拓扑物态的出现给我们带来了全新的丰富拓扑物性，例如：拓扑边界态、手征对称性、无耗散、非定域响应、拓扑保护等等，有些特性是在以前的凝聚态物理研究中从未遇到的。
制备CdSiP_2单晶体的研究进展
制备CdSiP_2单晶体的研究进展
杨辉;王茂州;曾体贤
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2015(0)S1
【摘要】磷硅镉(CdSiP_2)晶体是一种性能优异的新型红外非线性光学晶体材料。
自上世纪60年代末期,人们尝试采用卤素辅助气相输运和锡熔液生长法生长CdSiP_2晶体,但得到的晶体尺寸小、质量差,不能满足器件制备的要求。
水平梯度冷凝法虽然可以生长较大尺寸晶体,对生长技术和设备条件的要求较高,生长环境不稳定,无法解决化学计量偏离和孪晶缺陷等的问题。
近年来,采用布里奇曼法获得了尺寸较大、质量较好的CdSiP_2单晶体,为激光频率转换器件的制备奠定了基础,但晶体性质参数的缺乏、生长工艺的不成熟与难以避免的宏观缺陷严重制约了器件的应用,也是亟待解决的问题。
【总页数】5页(P202-206)
【关键词】CdSiP2晶体;卤素辅助气相输运法;锡熔液生长法;水平梯度冷凝法【作者】杨辉;王茂州;曾体贤
【作者单位】西华师范大学物理与空间科学学院;四川大学材料科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TQ132.44;O78
【相关文献】
1.用于焰熔法金红石单晶体生长的微米级TiO2粉体制备与表征 [J], 唐坚;张东;毕孝国;牛微;董颖男;周文平;张瑞青;孙旭东
2.低逸出功Ce1-xGdxB6单晶体的制备及其热发射性能 [J], 王杨;张忻;张久兴;刘洪亮;江浩;李录录
3.金红石单晶体制备方法发展现状 [J], 唐坚;毕孝国;刘旭东;牛微;孙旭东;张东
4.氧化锌单晶体制备技术的研究进展 [J], 田志勇;刘俊成;翟慎秋
5.辽宁省特种光电转换单晶体材料制备技术重点实验室 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
声子晶体中的半狄拉克点研究
声子晶体中的半狄拉克点研究∗曹惠娴;梅军【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2015(0)19【摘要】A two-dimensional phononic crystal (PC) composed of a triangular array of square iron cylinders embedded in water is designed, in which the accidental degeneracy of the Bloch eigenstates is utilized to realize a semi-Dirac point at the Brillouin zone center. In the vicinity of the semi-Dirac point, the dispersion relation is linear along the ΓY direction but quadratic along the ΓX direction. Rotating the iron cylinders around their axis by 45◦ and slightly tuning the side length of the cylinders, a new semi-Dirac point can be realized at the Brillouin zone center, where the dispersion relation is quadratic along the ΓY direction but linear along the ΓX direction. To gain a deeper understanding of the semi-Dirac point, ak · p perturbation method is used to investigate this peculiar dispersion relation and study how the semi-Dirac point is formed. The linear slopes of dispersion relations along any direction around the semi-Dirac point can be accurately predicted by the perturbation method, and the results agree very well with the rigorous band structure calculations. Furthermore, the mode-coupling integration between the degenerate Bloch eigenstates is zero in one direction but non-zero in the perpendicular direction, and this is the ultimate reason for the forming of a semi-Dirac point. With the helpof the perturbation method, an effective Hamiltonian can be constructed around the semi-Dirac point, so that the Berry phase can be calculated, which is found to be zero. Actually, the different values of Berry phase indicate an important distinction between the semi-Dirac points and Dirac points. In addition, the acoustic wave transmission through the corresponding PC structure has been studied, and a switch-like behavior of the transmittance is observed along different directions. Along some particular direction, there exist deaf bands around the semi-Dirac point, and these bands cannot be excited by the externally incident plane waves due to the mismatch in mode symmetry. But the situation is different along the other direction, where the bands are active ones and therefore can be excited by the incident plane waves. Actually, such properties of the bands can be easily changed as long as the iron cylinders are rotated around their axis. The work described in this paper is helpful to the understanding of semi-Dirac point in phononic crystals and suggests possible applications in diverse fields.【总页数】12页(P1-12)【作者】曹惠娴;梅军【作者单位】华南理工大学物理与光电学院，广州 510641;华南理工大学物理与光电学院，广州 510641【正文语种】中文【相关文献】1.二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性 [J], 高汉峰;张欣;吴福根;姚源卫2.声子晶体板中的第二类狄拉克点和边缘传输 [J], 骆全斌;黄学勤;邓伟胤;吴迎;陆久阳;刘正猷3.两维光子晶体狄拉克点赝扩散现象实验设计与研究 [J], 赫丽;王晓;孙勇;李云辉;方恺4.纵模对光子晶体中类狄拉克点传输特性的影响 [J], 王晓;陈立潮;刘艳红;石云龙;孙勇5.韧带型声子晶体狄拉克锥特性研究 [J], 陈炉云;王健;崔益烽;孔慧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
你丫超导，我压超导Ising专栏
你丫超导，我压超导Ising专栏海归学者发起的公益学术平台分享信息，整合资源交流学术，偶尔风⽉有⼈说，超导是凝聚态的⽜⽿，做超导的⼈就是凝聚态的执⽜⽿者。
如果我们知道交谈的对家是做⾼温超导的，很多时候都会景仰之⼼油然⽽⽣，情不⾃禁，即便他可能其貌不扬。
⼤凡如此，皆是因为⾼温超导物理链接了凝聚态物理的若⼲主轴，从⽽在推动凝聚态物理的发展深化进程中居功⾄伟。
因此，⼀篇成果如果是关于⾼温超导的，就⽴马有了调戏⾼⼤上的及格线。
不过，当今的超导物理远不⽌于此，⼜有了新的故事。
众所周知，强⾃旋-轨道耦合SOC可能引致量⼦霍尔效应和量⼦⾃旋霍尔效应。
⽽⼀些强SOC绝缘体因为⾃由表⾯导致的对称性破缺诱发了特殊的表⾯态，其中之⼀便是拓扑绝缘体态，其体态具有⼀定能隙但表⾯态⽆能隙且⾊散关系呈现线性，预⽰了所谓的具有时间反演对称保护的⾼迁移率“⾦属态”。
由于超导态对应于电⼦配对的“能隙”，因此很容易引起那些凝聚态⾼⼿们合纵连横，这就有了拓扑超导态。
拓扑超导的⼀个吸引⼈之处在于拓扑表⾯态和超导两种量⼦特性并存，给那些捣⿎应⽤前景的好梦者以恣意激情的动⼒ (如图1)。
⽽更吸引⼈之处在于场论的⼀个预⾔：Majorana费⽶⼦。
图1. 拓扑绝缘体特性与潜在应⽤的⽰意图 (from Nano Lett. 14, 3779 (2014))。
电⼦结构特征和表⾯态输运特性⼀览⽆遗。
Majorana费⽶⼦的登场牵涉到物理学的终极学问。
物理学认定物质与反物质的C对称性。
宇宙中，⼀种粒⼦⼀定存在另⼀种特定物性相反的粒⼦，以电⼦和正电⼦的发现⽽引⼈⼊胜。
宇宙⼤爆炸之所以形成如今的星际形态，皆因物质反物质发⽣对称性破缺 (这可是场论者为数很少的从凝聚态物理学去的概念) 使得正物质⽐反物质多个千百万分之⼀所致。
Majorana费⽶⼦是⼀种虚拟的物质和反物质特性等价的准粒⼦，好像是⼀种既是男性也⼥性或者男性等于⼥性的意思，其奇妙之处⾮我等可以体会。
Cd3As2的掺杂实验方法与过程
Cd3As2的掺杂实验方法与过程 2.1Cd 3As 2的结构图2.1Cd3As2晶体(a)正方晶系（四角系）的主体架构(b)基本单元的结构(c)三维布里渊区(BZ)和沿着(001)晶面方向的投影[43]如图2.1所示，Cd 3As2是有I41cd 空间群的正方晶系（四角系）的主体架构一个晶胞包含32个基本单元，Cd 3As 2的晶胞参数a=12.670Å，b=12.670Å，c=25.480Å。
在这个结构中，As 原子为立方密堆积，Cd 原子是处于以As 原子为顶点的正四面体的中心。
图2.1(c)所示Cd 3As 2的三维布里渊区，我们可以清楚的看到对称中心。
两个红色的叉的坐标(kx ，ky ，kz)=(0，0，±0.15(2π)/(c/a))，他们贡献了两个特别的k 点，在这里三维Dirac 点被晶体群C4对称保护。
2.2Pb x Cd 3-x As 2多晶的制备Pb x Cd 3-x As 2掺杂样品浓度摩尔比（Pb:Cd:As ） x=0.11:29:20 x=0.22:28:20 x=0.33:27:20表2.1不同掺杂浓度的样品 我们使用Pb 粒、As 粒和Cd 粒作为原料来制备Pb x Cd 3-x As 2，将1g 的原料a b c按照表2.1的摩尔比称量放入石英管之后在真空条件下封管，然后放在箱式炉中保持850℃温度烧结。
此时Pb粒、As粒和Cd粒都熔融成块状材料，然后敲碎石英管取出样品研磨均匀，再次在真空条件下封管，然后再次放在箱式炉里保持400℃温度进行第二次烧结。
实验中称量、装管、取样和研磨过程都是在充满氩气（氧气、水蒸气浓度均小于0.1ppm）的手套箱进行。
2.3Pb x Cd3-x As2多晶表征和性质研究将烧结好的Pb x Cd3-x As2样品研磨成粉末，使用X射线粉末衍射仪（X-ray powder diffraction，XRD）进行表征，采用四引线法在综合物性测量系统（Physical Property Measurement System，PPMS）平台上测试样品的电阻，在磁性测量系统（Magnetic Property Measurement System，MPMS）平台上测试样品的磁化率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三维狄拉克半金属 Cd3As2的单晶制备与输运性质的研究拓扑绝缘体是一种新奇的量子材料，它与普通绝缘体一样都具有体能隙，但是它与普通绝缘体不同的是，在其表面具有受拓扑保护的金属态。
三维拓扑半金属代表一种新型量子态材料，它不同于在二维动量空间显示线性的色散关系拓扑绝缘体的表面态，三维半金属在体态上沿各个方向显示线性的色散关系。
在体态上除了没有能隙的点外，三维狄拉克半金属表面的费米弧同样是受“拓扑保护”的表面态。
Cd3As2被证明是一种三维狄拉克半金属，具有许多新奇的的物理性质：如极高的迁移率，较低的载流子浓度，巨大的线性磁电阻以及独特的能带结构，这些都表明Cd3As2是一种奇特的拓扑量子材料。
在本论文中，我们通过气相输运法生长了Cd3As2单晶，并通过单晶的粉末X射线衍射（XRD）和电子能谱分析（EDX）对得到的晶体进行评价；在此基础上进一步研究了零磁场及高磁场下的电输运特征。
关键词：拓扑绝缘体，三维狄拉克半金属，Cd3As2，单晶生长目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)第一章导论 (1)第二章基础理论 (3)2.1 量子霍尔效应 (3)2.1.1 整数量子霍尔效应 (3)2.1.2 分数量子霍尔效应 (4)2.2 量子反常霍尔效应 (4)2.3 拓扑绝缘体 (5)2.4 三维狄拉克半金属 (6)第三章研究历史 (7)3.1 拓扑绝缘体的研究 (7)3.2 三位狄拉克半金属的研究 (8)第四章晶体生长方法 (9)4.1 气相输运法 (9)4.2 其他方法 (9)4.2.1 Bridgman法 (9)4.2.2 水热法 (10)4.2.3 助熔剂法 (10)4.2.4 溅射法 (10)第五章Cd3As2样品的制备 (12)5.1 Cd3As2的基本结构 (12)5.2 实验仪器及配料 (12)5.3 单晶合成 (13)第六章Cd3As2单晶的物性表征 (14)6.1 XRD结构分析 (14)6.1.1 理论基础 (14)6.1.2 测量结果及分析 (14)6.2 EDX能谱分析 (15)6.3 PPMS测试结果 (17)6.3.1 R-T曲线 (17)6.3.2 M-R曲线 (18)第七章总结与展望 (19)7.1 总结 (19)7.2 展望 (19)23第一章导论一直以来，凝聚态物理学的一个中心课题就是寻找不同的物质态并对它们进行分类。
在上世纪八十年代前，人们认识到可以通过Laudau的对称性自发破缺原理来理解不同的量子态，这是凝聚态物理发展史上的一个里程碑。
在八十年代，整数量子霍尔效应(IQHE)和分数量子霍尔效应(FQHE)的发现是凝聚态历史上的又一座里程碑，人们发现量子霍尔态并没有破坏任何的对称性，无法将其纳入到Laudau对称性自发破缺的理论框架中，要想理解量子霍尔态必须引入拓扑序(topological order)的概念。
相应的，量子霍尔态被称为拓扑相(topologicalphase)。
量子霍尔态用基态的拓扑来表征。
量子霍尔态所表征的量子霍尔绝缘体的体态是具有带隙的绝缘态，其表面态是受时间反演对称性保护的金属态。
从这个方面来讲，量子霍尔态是人们认识的最早的拓扑绝缘态。
量子霍尔态一般需要在低温和强磁场（高达几个T）的情况下实现，但强磁场势必会破坏时间反演对称性，所以量子霍尔态是一种时间反演对称性被破坏的拓扑绝缘态[1]。
通过图1.1来理解金属，绝缘体和量子霍尔绝缘体的区别：图1.1 金属、绝缘体、量子霍尔绝缘体能带图图中黑线表示费米面，虚线表示边缘态，阴影部分表示价带，当样品有边界时，禁带之间存在受拓扑保护的边缘态如(c)，这些边缘态连接体系的价带顶和导带底。
在2005年，人们发现了一种新的拓扑量子态，与量子霍尔态不同，它满足时间反演对称性，称为时间反演对称性的拓扑绝缘体。
这一量子态的发现，迅速引起人们的广泛关注。
利用电子的自旋—轨道耦合，在零磁场下可以实现量子自旋霍尔效应（QSHE），这便是二维拓扑绝缘体的认识。
图1.2 量子自旋霍尔效应的边缘态和能带结构（a）量子自旋霍尔效应的边缘态（b）量子自旋霍尔效应的能带结构。
在狄拉克点两侧两支边缘态自旋方向不同但始终穿过费米能级。
在能隙内两支取向不同的边缘态从两边延伸到K=0的点，自旋发生简并。
此时，在K=0点附近动量和能量满足线性关系。
2007年，Kane预言Bi1-x Sb x（0.07<x<0.22）是一种强拓扑绝缘体，称为三维拓扑绝缘体。
并论证三维拓扑绝缘体的体态是绝缘的，而在表面态存在时间反演对称点，并且不同自旋方向的电子在K=0的点发生简并，形成狄拉克锥。
在狄拉克锥附近能量和动量满足线性的色散关系，这个关系由无质量的狄拉克方程描述。
2013年，由薛其坤领导的小组利用分子束外延技术制备了高质量的Cr x Bi2Se3薄膜并发现了量子反常霍尔效应，他们通过在三维拓扑绝缘体的表面引入垂直于膜面磁化的铁磁性，将薄膜上下面的狄拉克点打开一个能隙，而这种态表现出非平庸的拓扑性质，此时费米能级将处在上下两个表面态的能隙之间，三维拓扑绝缘体的时间反演对称性受到破坏，这样便可以观测到量子反常霍尔效应[2]。
在本论文中我们研究的是一种奇特的拓扑量子材料：三维狄拉克半金属。
三维狄拉克半金属不同与一般的三维拓扑绝缘体，其体态上电子结构的能量动量色散关系沿空间各个方向都是线性的。
它具有非平庸的拓扑性，具有与拓扑绝缘体相似的表面态，其表面态受拓扑性保护。
目前已知的狄拉克半金属有Na3Bi和Cd3As2，而Cd3As2相比于Na3Bi，其在空气中化学性质稳定、在低温和室温都有极高的迁移率等特点所以备受人们的关注。
第二章 基础理论本章我们将简单介绍一下量子霍尔效应（QHE ）、量子反常霍尔效应（QAHE ）、以及满足时间反演不变形的拓扑绝缘体和三维狄拉克半金属的基本概念。
2.1量子霍尔效应量子霍尔效应的发现标志着低维凝聚态物理发展的一个进步。
它的用处十分广泛，比如解释薄膜内电子在二维方向上的运动、量子阱中的二维电子气以及场效应管的反型层等。
在介绍量子霍尔效应之前需要理解何为霍尔效应。
霍尔效应是美国物理学家霍尔在1879年研究磁场对导线中的电流是否有影响的实验中发现的。
当电流通过一块与电流方向垂直的磁场中的导体时，在导体垂直与磁场和电流方向上的两个端面出现一个电压——霍尔电压。
这一现象被称为霍尔效应。
如图2.1所示：图2.1 霍尔效应示意图霍尔效应满足关系：其中KH 称为霍尔系数，如果撤去外磁场或电流，霍尔电压随之消失。
电子在磁场中受到洛伦兹力的作用。
量子霍尔效应指电阻变化是量子化的霍尔效应，一般被看作整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的统称。
量子霍尔效应作为微观电子世界中的量子行为在宏观尺度上的完美体现，它在凝聚态物理的研究领域一直占据着重要的地位。
dIB K U H H2.1.1 整数量子霍尔效应整数量子霍尔效应是德国物理学家冯·克利青(Klaus von Klitzing)在低温（1.5K）强磁场（18万高斯）的情况下研究金属－氧化物－半导体场效应晶体管( MOSFET)中电子的输运性质时发现霍尔电阻与磁场的关系已经不是原来的线性，而是呈现阶梯形（如图2.2b所示）。
每个平台的电阻值满足2h（其中v/ve为整数），在每一个平台上测得的纵向电压会降为零，说明电子的输运是无能耗的，这是一种量子力学的效应，因此被称为整数量子霍尔效应[3]。
(a) (b)图2.2 整数量子霍尔效应示意图2.1.2 分数量子霍尔效应分数量子霍尔效应是于1982年，美籍华人崔琦、施特默在更低温（0.5K）和更强磁场（20万高斯）的情况下研究半导体砷化镓的霍尔实验时发现在一定的电阻和温度范围内霍尔电阻与磁感应强度的关系曲线不是已知的线性关系或阶梯型关系，横向电阻呈现平台，纵向电阻减小到零，这些平台呈现的是霍尔电阻的分数倍，因此成之为分数量子霍尔效应。
分数量子霍尔效应的发现推进了凝聚态物理强关联的发展。
2.2 量子反常霍尔效应（QAHE）量子反常霍尔效应是指铁磁材料自发磁化引起的不需要外加磁场的量子霍尔效应。
量子反常霍尔效应能实现的根本原因是通过磁场来破坏时间反演不变性。
实现量子反常霍尔效应的材料要求：材料必须具有铁磁性，材料的体内必须绝缘从而对导电没有任何贡献，材料的电子结构必须具有拓扑性质，有一维的导电通道[4]。
1988年，美国物理学家霍尔丹首次提出量子反常霍尔效应的概念，并在理论上计算了纵向和横向电导率的测量结果，但是材料的合成一直难以突破。
2010年，中国科学院物理研究所的戴希、方忠和斯坦福大学的张首晟合作计算给出了实现量子反常霍尔效应最佳的体系，Cr或Fe磁性离子掺杂的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3系。
可能的实现原因是存在特殊的V.Vleck铁磁交换机制，形成稳定的铁磁绝缘体[5]。
但是当时由于技术的限制，他们所预言体系的材料无法合成，所以一直无法验证其结果的正确性。
直到2013年，由清华大学的薛其坤领导的小组和北京大学，中科院物理所以及斯坦福大学的研究员合作在克服一系列的困难后，利用分子束外延生长技术成功制备出了符合量子反常霍尔效应的材料—Cr掺杂的（Bi,Sb)2Te3。
图2.3 量子反常霍尔效应示意图2.3 拓扑绝缘体首先需要明白何为拓扑。
拓扑是一个数学的概念，拓扑学是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支，拓扑学主要研究几何图形在连续变化下的不变的性质和不变量。
我们常用几何体所具有的孔的多少（g）来衡量，具有相同g 的几何体在拓扑学上都是相同的[6]。
图2.4 拓扑概念理解示意图广义上来说：量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应和三维拓扑绝缘体都是拓扑绝缘体的例子。
我们这里所说的拓扑绝缘体特指二维拓扑绝缘体和三维拓扑绝缘体。
二维拓扑绝缘体的能带结构中，能隙内两支自旋取向不同的边缘态从导带位置一直沿到价带位置。
在K=0点相交，并在交点处自旋简并，在交点附近，能量动量关系满足线性关系。
费米面始终穿过它，体现出拓扑不变性。
量子自旋霍尔效应就是一种典型的二维拓扑绝缘体[7]。
三维拓扑绝缘体是二维拓扑绝缘体的推广。
对于三维拓扑绝缘体，其表面态是二维的平面，在布里渊空间存在四个时间反演对称点，在这些点上电子的自旋发生简并，形成狄拉克锥结构，这些点也被称为狄拉克点。
在狄拉克点附近的能量和动量满足线性的色散关系。
由于自旋轨道耦合的作用，三维拓扑绝缘体的表面态的自旋始终垂直于动量方向且无简并，在表面受时间反演对称性的保护。
三维拓扑绝缘体的体态是绝缘态。
三维拓扑绝缘体可以通过角分辨光电子能谱测得的表面态在布里渊区两个时间反演不变点(time reversal invariant points)之间穿越费米能级的次数确定: 奇数次为拓扑绝缘体, 偶数次为普通绝缘体[4]。