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角分辨光电子能谱对拓扑半金属的研究的任务书
一、研究背景
拓扑半金属（topologicalsemimetal）是一种新的拓扑相态，在材料科学领域中备受瞩目。它具有独特的电学、热学和磁学等性质，同时也潜在地具有应用价值，如新型电子器件、热电转换材料和量子计算等方面。目前已经确定的拓扑半金属的体系主要包括狄拉克半金属（Diracsemimetal）、瓦伦科半金属（Weylsemimetal）、三维拓扑绝缘体（3Dtopologicalinsulator）、石墨烯和拓扑超导体等，但这些体系的研究存在着各自的局限性，需要探索更多的新材料来丰富这个领域。
为了更好地探究拓扑半金属的性质及应用前景，一种重要的手段就是角分辨光电子能谱（angle-resolvedphotoemissionspectroscopy，ARPES）技术。ARPES技术可以直接探测材料体系中电子的能带结构和费米面，已经成为研究材料中电子能带性质的重要手段。同时，搭配密度泛函理论（densityfunctionaltheory，DFT）计算，可以通过ARPES和DFT双重手段，更准确地探究材料的电子性质。因此，利用ARPES技术研究拓扑半金属，有望为我们深入理解拓扑半金属的特性提供新思路和新方法。
二、研究任务
本研究任务的主要目标是使用ARPES技术研究拓扑半金属的电子能带结构。具体任务包括：
1.合理设计实验方案，选择适合研究拓扑半金属的合适样品和实验条件，以获得精确的ARPES数据。
2.基于实验获得的ARPES数据，研究拓扑半金属中独特的能带结构，如表现出的狄拉克点和韦尔点、费米面的形态和位置等。
3.与此基础上，运用DFT计算对实验结果进行比对和验证，以加强对拓扑半金属性质的理解。
4.对能带结构的研究还包括基于临界厚度和“表面状态密度”的分析，探究表面反常现象和表面态、空间异质性等特性。
5.结合实验结果与理论计算，评价当前所研究的拓扑半金属材料的特点，对拓扑半金属材料的研究进行展望。
三、研究方案
1.实验设计方案：
1)选取合适的拓扑半金属样品，比如MoTe$_2$和TaAs。
2)搭建加热器和准直器等必要的实验装置，严格控制温度和光束的入射角度。
3)通过合适的激光光源，去激发样品并测量光电子的能量、动量和入射角度等信息，获得准确的ARPES数据。
2.实验数据处理
1)对实验数据进行归一化和修正，确保获得准确的能量和动量分辨率。
2)通过绘制能量-动量分布曲线，获得样品的费米面和能带结构，利用软件对实验数据进行处理，以获得更多信息。
3.DFT计算
1)针对所选用的拓扑半金属样品，进行密度泛函理论的计算，获得可以与实验数据进行比对的理论结果。
2)利用先进的计算方法，比如基于紧束缚模型的多带希尔伯特变换算子法（TBM）计算交通网络模型，计算样品的能带结构、费米面和表面状态密度等性质。
4.分析和展望
1)基于实验和理论计算的结果，对拓扑半金属材料的特点进行评估，为拓扑半金属材料的应用提供理论指导。
2)对拓扑半金属研究进行展望，探索更多新型材料的拓扑特性和应用潜力，为推动拓扑半金属材料领域的研发提供新思路和新方法。
四、研究意义
1.目前已有的拓扑半金属的研究仍然处在早期阶段，对拓扑半金属材料的研究和探索这个领域，有望为真正实现拓扑半金属的应用奠定基础。
2.ARPES技术可以直观地展现拓扑半金属的电子能带结构和费米面，DFT计算可以更加深入地研究拓扑半金属的特性。通过这两种手段的联合，我们可以更好地探究拓扑半金属的本质和特点。
3.拓扑半金属材料研究对于推动新型材料发展具有重要意义，可以促进半导体电子器件、光电器件、信息存储材料等领域的发展，为人类社会的发展和进步做出贡献。