خواص مغناطیسی عایق های توپولوژی سه بعدی در حضور ناخالصی های مغناطیسی
چکیده
عایق ها موادی هستند که در مقایسه با نیمه رساناها و رساناها گاف انرژی نسبتاً بزرگی دارند و به چندین دسته تقسیم می شوند. دسته ای از این مواد، عایق های توپولوژی هستند که به دلیل رفتار متفاوت آنها نسبت به عایق های باندی توجه خاصی را به خود جلب کرده اند. عایق های توپولوژی سه بعدی (دو بعدی) موادی هستند که در طیف انرژی حجمی (سطحی) آنها گاف وجود دارد (0.3 ev). در حالیکه حالت های سطحی (لبه ای) بدون گاف هستند. حالت های بدون گاف سطحی (لبه ای) سبب بروز رفتارهای رساناگونه از عایق می شود. این حالت های سطحی (لبه ای) بدلیل وجود تقارن وارونیِ زمان از هر گونه اختلالات موضعی محافظت شده و نمی توان به راحتی آنها را از بین برد. این مواد در سال 2006 به صورت نظری پیش بینی شده و به صورت تجربی در ساختارهای متفاوتی شامل چاه پتانسیل hgte/cdte و بلور bi_2 se_3 مشاهده شدند. یکی از خاصیت های بسیار مهم در این مواد وجود برهم کنش بسیار قوی بین اسپین الکترون و تکانه آن است که به برهم کنش اسپین - مدار معروف بوده و سبب پدیدار شدنِ خواصِ منحصر به فرد الکتریکی، مغناطیسی و ترمودینامیکی شده است. اما بسیاری از پدیده های جالب وقتی خود را نشان می دهند که به روش هایی در حالت های سطحی (لبه ای) گاف انرژی ایجاد شده باشد. یکی از این روش ها آلایش حجم این مواد توسط یون های مغناطیسی از قبیل fe ، mn و غیره است. در این پایان نامه با در نظر گرفتن ناخالصی مغناطیسی در عایق های توپولوژی و برهمکنش هایزنبرگ الکترون های روی سطح با این ناخالصی ها ، خواص مغناطیسی و ترمودینامیکی سیستم را مورد بررسی قرار می دهیم. با استفاده از رهیافت نظریه ی میدان متوسط رفتار مغناطش? پذیرفتاری مغناطیسی و گرمای ویژه یِ ناخالصی ها و الکترون را نسبت به دما به ازای ? های مختلف، مطالعه می کنیم. نتایج نشان می دهد که دمای بحرانیِ t_c (دمایی که مغناطش در آن صفر می شود) به مقدار آلایش (x) ، اندازه ی اسپین ناخالصی (s) و پتامسیل شیمیایی ? وابسته است. هر چه پتانسیل شیمیایی بیشتر می شود t_c کمتر شده و به صفر نزدیک می شود. همچنین سعی کردیم رفتار پذیرفتاری مغناطیسی و گرمای ویژه را به ازای های مختلف بر حسب دما مطالعه کنیم. در آخر نمای بحرانی -^?^+,? را بدست آوردیم.