Tính chất truyền dẫn từ và tính chất hấp thụ quang từ của một số vật liệu bán ki

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM —————————– LÊ THỊ HÓA TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN TỪ VÀ TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU BÁN KIM LOẠI TOPO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Huế, 2024 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM —————————– LÊ THỊ HÓA TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN TỪ VÀ TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU BÁN KIM LOẠI TOPO Ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 9 44 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. HUỲNH VĨNH PHÚC 2. LÊ THỊ THU PHƯƠNG Huế, 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận án là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn. Kết quả tính toán và các số liệu trình bày trong luận án này là trung thực và chưa từng công bố trước đây.

Các số liệu tham khảo trong luận án đã được trích dẫn hợp lý và đầy đủ. Tác giả luận án Lê Thị Hóa i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đề tài luận án, tôi xin gửi lời biết ơn đến thầy PGS. Huỳnh Vĩnh Phúc, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi. Cám ơn thầy đã dành nhiều thời gian, công sức và tâm huyết để hướng dẫn tôi phương pháp học tập, nghiên cứu, và làm việc hiệu quả.

Chính sự chính trực, thẳng thắn của thầy đã giúp tôi ngày càng ý thức, nghiêm túc hơn trên con đường nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống. Trong thời gian làm nghiên cứu sinh, không tránh khỏi đôi lần chán nản và bế tắc trước những khó khăn khi đối mặt với những kết quả không như mong đợi và những bài toán phức tạp. Tuy nhiên, chính vào những thời điểm đó, tấm gương kiên trì, nhiệt huyết, nguồn năng lượng, niềm đam mê khoa học từ thầy và hơn cả là niềm tin thầy đặt ở tôi đã trở thành động lực to lớn và truyền cảm hứng mạnh mẽ để giúp tôi tiếp tục hành trình nghiên cứu và học tập của mình. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn thầy về tất cả trong thời gian qua.

Tôi hy vọng sẽ tiếp tục nhận được sự chỉ dẫn và hợp tác của thầy trong tương lai. Trong suốt quá trình thực hiện luận án tôi cũng đã may mắn được cô PGS. Lê Thị Thu Phương hướng dẫn và hỗ trợ. Bên cạnh là người hướng dẫn, cô chính là tấm gương về mẫu người phụ nữ vượt qua nhiều thử thách, trở ngại để đạt được nhiều thành tích đáng nể trong nghiên cứu khoa học và sự nghiệp.

Cám ơn cô đã cho tôi lời khuyên, lời khích lệ, lời trấn an vào những thời điểm quan trọng và trong quá trình học nghiên cứu sinh của mình. Tôi cũng muốn gửi đến hai thầy kính mến của tôi đó là thầy PGS. Trương Minh Đức và thầy PGS. Lê Đình một lời biết ơn chân thành.

Tôi thực sự biết ơn hai thầy rất nhiều vì đã truyền đạt, bổ sung cho tôi nhiều kiến thức chuyên ngành, giúp tôi có thêm kỹ năng và kinh nghiệm quý báu trong học tập ii cũng như trong nghiên cứu khoa học. Tôi thực sự trân quý điều đó. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ vô cùng quý báu từ tổ chức và cá nhân. Đặc biệt, Tôi xin cảm ơn Tập đoàn Vingroup, Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup, Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn đã xét chọn và hỗ trợ tài chính cho tôi trong hai năm 2022 và 2023, giúp tôi toàn tâm toàn ý tập trung cho học tập và nghiên cứu khoa học.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả các đồng tác giả trong các bài báo khoa học đã được công bố trong khuôn khổ luận án này đó là PGS. Nguyễn Ngọc Hiếu (Đại học Duy Tân), PGS. Nguyễn Văn Chương (Học viện Kỹ thuật Quân sự), GS. Sự hỗ trợ, hợp tác tích cực, những ý kiến đóng góp đã giúp tôi mở rộng kiến thức, kỹ năng và hoàn thiện các công trình nghiên cứu có giá trị khoa học cao.

Bên cạnh đó, tôi muốn cảm ơn người chị TS. Trần Ngọc Bích (Trường Đại học Quảng Bình) và em Nguyễn Quang Cường (Trường Đại học Duy Tân) đã luôn hỗ trợ, chia sẻ cùng tôi trong quá trình thực hiện luận án này. Tôi xin cảm ơn Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế đã hỗ trợ tích cực trong thời gian học tập và thực hiện đề tài luận án. Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn của mình đến Phòng Đào tạo Sau Đại học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế vì sự hỗ trợ nhiệt tình và đầy trách nhiệm trong suốt thời gian học tập tại Trường.

Hôm nay, nhìn lại chặng đường đã qua tôi muốn gửi lời cảm ơn và tình yêu vô bờ đến chồng tôi. Thành công hôm nay không thể có được nếu thiếu đi sự hỗ trợ, động viên và yêu thương từ chồng tôi. Dù công việc của anh rất áp lực, nhưng mỗi khi trở về nhà, chồng tôi luôn mang theo niềm vui và tiếng cười, không bao giờ tạo áp lực thêm cho tôi. Tôi cảm ơn con gái tôi vì con gái đã tiếp thêm sức mạnh cho tôi để tôi luôn tiếp tục cố gắng.

Cuối cùng, tôi muốn dành lời yêu thương, kính trọng, biết ơn đến tất cả các thành viên trong gia đình nội ngoại. Cảm ơn bố mẹ hai bên luôn tin tưởng, hỗ trợ hết mực để tôi có được ngày hôm nay. iii Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả. Lê Thị Hoá được tài trợ bởi Chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), mã số VINIF.

Tác giả luận án Lê Thị Hóa iv MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. vii Danh mục các từ viết tắt. viii Danh mục các hình vẽ.

xiv Danh mục các bảng biểu. xv MỞĐẦU. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 11 1.1 Giới thiệu về bán kim loại Weyl và bán kim loại Dirac .1 Giới thiệu về bán kim loại topo .2 Giới thiệu về bán kim loại Weyl .3 Giới thiệu về bán kim loại Dirac .2 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong các bán kim loại topo .1 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong bán kim loại Weyl .2 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong bán kim loại Dirac .3 Tổng quan về tính chất truyền dẫn từ .1 Độ cảm dọc và độ cảm Hall .2 Độ dẫn dọc và độ dẫn Hall .4 Tổng quan về tính chất hấp thụ quang-từ .1 Hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất khi không xét ảnh hưởng của tương tác electron-phonon .2 Hệ số hấp thụ quang-từ dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon .3 Độ rộng phổ hấp thụ và phương pháp profile .5 Kết luận chương 1. TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU BÁN KIM LOẠI TOPO 56 2.1 Độ cảm dọc và độ cảm Hall trong bán kim loại Weyl .1 Biểu thức giải tích của độ cảm dọc và độ cảm Hall .2 Kết quả tính số và thảo luận .2 Độ dẫn Hall và độ dẫn dọc trong bán kim loại Dirac .1 Biểu thức giải tích của độ dẫn Hall và độ dẫn dọc .2 Kết quả tính số và thảo luận .3 Kết luận chương 2.

TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA BÁN KIM LOẠI WEYL KHI KHÔNG XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC ELECTRON-PHONON 89 3.1 Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất .2 Kết quả tính số và thảo luận .1 Hệ không pha tạp .2 Hệ pha tạp .3 Kết luận chương 3. TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA BÁN KIM LOẠI DIRAC DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC ELECTRON-PHONON 104 4.1 Tính chất hấp thụ quang-từ của bán kim loại Dirac dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm .1 Biểu thức giải tích của MOAC dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm .2 Kết quả tính số và thảo luận .2 Tính chất hấp thụ quang-từ của bán kim loại Dirac dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon quang .1 Biểu thức giải tích của MOAC dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon quang .2 Kết quả tính số và thảo luận .3 Kết luận chương 4. 122 KẾT LUẬN CHUNG 123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 PHỤ LỤC P1 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2D 2 Dimensions Hai chiều 3D 3 Dimensions Ba chiều AHP Amplitude of the Hall Plateau Biên độ của đường độ dẫn Hall DSM Dirac Semimetal Bán kim loại Dirac EDMF Exponentially Decaying Magnetic Field Từ trường giảm theo hàm e mũ FWHM Full-Width at Half-Maximum Độ rộng toàn phần tại một nửa giá trị cực đại MOAC Magneto-Optical Absorbtion Coefficient Hệ số hấp thụ quang-từ NUMF Non-uniform Magnetic Field Từ trường không đều OAC Optical Absorption Coefficient Hệ số hấp thụ quang RIC Refractive Index Change Độ thay đổi chiết suất SOC Spin–Orbit Coupling Tương tác spin-quỹ đạo TMDC Transition Metal Dichalcogenide Kim loại chuyển tiếp nhóm dichalcogenide UMF Uniform Magnetic Field Từ trường đều WSM Weyl Semimetal Bán kim loại Weyl viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ các vùng năng lượng của một WSM. Vùng năng lượng ởlân cận một cặp điểm Weyl có tính chiral đối ngược và các trạng thái bề mặt vòng cung Fermi tương ứng đều được thể hiện.

Hình ảnh được lấy từ [60].2 Cấu trúc vùng của DSM và WSM : (a) biểu diễn một DSM không có trạng thái bề mặt topo, (b) biểu diễn một WSM với một cung Fermi, (c) biểu diễn một DSM với hai cung Fermi, (d) biểu diễn một WSM với hai cung Fermi. Các ký hiệu +/- minh hoạ cho tính chiral dương/âm của các vùng năng lượng. Hình ảnh được lấy từ [65].3 Sự thay đổi của phổ năng lượng theo kz trong trường hợp 2 kx = ky = 0 khi điện trường (∆z = γMakc ) thay đổi.4 (a) và (c) Sự phụ thuộc vào từ trường B0 khi nz = 1 của các mức Landau; (b) và (d) Sự phụ thuộc vào nz khi B0 = 8 T trong các trường hợp UMF và NUMF. Các đường màu xanh da trời biểu thị mức Landau n = 0.

Các đường màu đỏ và màu hồng đậm biểu thị µ tại T = 0 K: các đường liền nét, nét đứt và chấm chấm lần lượt ứng với ne = n0, 2n0 và 3n0. Kết quả thu được khi γ = 0.5 Tán sắc năng lượng của DSM tại k∥ = 0: (a) và (b) ứng với trường hợp khi không có trường Zeeman; (c) và (d) khi có trường Zeeman. Các số hạng Zeeman (∆+, ∆−) cho Cd3As2 và Na3Bi lần lượt là (10.