Skip to main content
SUPERVISOR
Ismaeil Abdolhosseini Sarsari,Seyed Javad Hashemifar
اسماعیل عبدالحسینی سارسری (استاد مشاور) سید جواد هاشمی فر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeid Abedi
سعید عابدی موغاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

First principle investigation of the effect of pressure on the topological properties of AlB2 semimetal
The study of electronic structure topology of crystalline materials has been one of the major fields in condensed matter physics during the last decade. The main motivation for this research came from the discovery of topological insulators, although the focus has recently been shifted towards topological semimetals and even metals. Topological materials are a new class of quantum matters whose special electronic structure in the momentum space leads to the formation of a topological invariance. Theoretical predictions, particularly first-principles electronic structure calculations based on the density functional theory (DFT), have played an important role in the exploration of almost all topological electronic materials. Up to now, different topological phases have been investigated and new materials have been discovered in the field. In a recent study using experimental techniques, Aluminum Diboride (AlB 2 ) has been introduced as a topological semimetal. In the current work, electronic and topological features of AlB 2 semimetal were investigated in both equilibrium structure and also under high pressure. Some other compounds with similar structures were studied in this thesis as well. For this purpose, the first step was to calculate the electronic characteristics of AlB 2 using DFT calculations and then extracting its Wannier functions, in order to construct a tight-binding hamiltonian. This hamiltonian was then used to compute the topological invariant and surface states, which are the manifestations of non-trivial topology in bulk materials. To study the effects of pressure on topological properties of AlB 2 , first, using the evolutionary algorithm, the stable structure of this material was searched in different pressures and then these new structures were investigated more thoroughly by calculating their electronic features. Afterward, Wannier functions were calculated for each structure and as a result, the calculation of the Berry phase for all the new structures became possible. In the end, using the calculated electronic structures and Berry phases, different topological stable phases were analyzed. In addition, the results on the calculation of electronic features and topological invariants of some similar materials were also offered.
مطالعه توپولوژی ساختار الکترونی مواد بلوری یکی از موضوعات مهم فیزیک ماده چگال در دهه اخیر بوده است. انگیزه اصلی شروع این مطالعات به کشف عایق‌های توپولوژیک مرتبط است، امّا اخیراً شبه‌فلزات توپولوژیک مورد توجه واقع شده‌اند. در واقع مواد توپولوژیک، حالت جدیدی از مواد کوانتمی هستند که ساختار الکترونی خاص آن‌ها در فضای تکانه، منجر به شکل‌گیری یک ناوردای توپولوژیک می‌شود. پیشگویی‌های نظری و به طور مشخص، محاسبات ساختار نواری ابتدا به ساکن بر پایه نظریه تابعی چگالی نقش بسیار مهمّی در شناسایی، مطالعه و بررسی انواع فازهای توپولوژی مواد داشته‌اند. تا به امروز فازهای توپولوژی گوناگونی مورد بررسی قرار گرفته و مواد بسیاری نیز در این زمینه شناسایی شده‌اند. در یک پژوهش اخیر با استفاده از روش‌های تجربی، ترکیب AlB 2 به عنوان یک شبه‌فلز توپولوژیک معرفی شده است. در پژوهش حاضر، خواص الکترونی و خواص توپولوژی شبه‌فلز AlB 2 را در ساختار تعادلی و نیز تحت فشارهای بالا مطالعه خواهیم کرد. همچنین بعضی ترکیبات که ساختاری مشابه با AlB 2 دارند را مورد بررسی قرار خواهیم داد. برای این کار ، ابتدا خواص الکترونی شبه‌فلز AlB 2 را با استفاده از محاسبات رهیافت نظریه تابعی چگالی بدست خواهیم آورد و در قدم بعد به استخراج توابع وانیر آن، به منظور تشکیل هامیلتونی تنگابست برای محاسبه ناوردای توپولوژیک و نیز حالت‌های سطحی‌، که جلوه‌ای از توپولوژی غیربدیهی انبوهه ماده هستند، می‌پردازیم. برای بررسی اثر فشار بر خواص توپولوژی AlB 2 ، ابتدا با بکارگیری الگوریتم تکاملی، فاز ساختاری پایدار این ماده را در فشارهای مختلف شناسایی خواهیم کرد و سپس به بررسی ساختار الکترونی فازهای بدست آمده می‌پردازیم. در ادامه به محاسبه توابع وانیر این فازها پرداخته و با استفاده از آن فاز بری را محاسبه خواهیم کرد. در انتها با استفاده از خواص الکترونی و فاز بری محاسبه شده، به تحلیل رفتار توپولوژی فازهای پایدار خواهیم پرداخت. در آخر علاوه بر ارائه برخی از مطالعات تجربی و نظری انجام شده روی ترکیباتی که ساختاری مشابه با AlB 2 دارند، نتایج حاصل از محاسبه خواص الکترونی و ناوردای توپولوژیک تعداد زیادی از این مواد را ارائه خواهیم کرد.

تحت نظارت وف ایرانی