中國粉體網(wǎng)訊  中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心研究員田明亮課題組在穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置水冷磁體和極低溫測試系統(tǒng)的支持下，在三維狄拉克半金屬研究中取得新進展，相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表在美國物理學(xué)會Physical Review B 上。

　　三維拓?fù)涞依�克半金屬是目前凝聚態(tài)領(lǐng)域和材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，它被人們形象地譽為三維版本的石墨烯，在未來低能耗電子學(xué)器件應(yīng)用上具有重要價值，探索新的狄拉克半金屬材料具有重要意義。早期的研究表明層狀材料ZrTe5是性能優(yōu)異的熱電材料，而最近的角分辨光電子能譜測量和紅外光譜測量則表明，該材料可能是一種三維狄拉克半金屬材料。但是目前相關(guān)的研究還沒有確鑿的電輸運證據(jù)。

　　在該工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加磁場平行于測量電流方向時，樣品展現(xiàn)出明顯的負(fù)磁阻效應(yīng)，而改變磁場方向后該負(fù)磁阻很快得到抑制。這種對電流和磁場夾角高度敏感的負(fù)磁阻被稱為手性磁效應(yīng)，也是實驗上驗證拓?fù)浒虢饘俚囊粋�重要輸運證據(jù)。此外，通過對ZrTe5中量子振蕩行為進行分析，確認(rèn)了樣品中的電子具有高的遷移率和非常輕的有效質(zhì)量，同時具有非平庸的貝里位相（Berry phase）。而轉(zhuǎn)角磁電阻測量則發(fā)現(xiàn)，這些狄拉克電子具有明顯的三維特征。研究人員同時進一步在強磁場（31T）、極低溫（300mK）下測量了樣品中的量子振蕩行為，研究發(fā)現(xiàn)由于朗道能級劈裂效應(yīng)，這些量子振蕩峰會隨著溫度的降低出現(xiàn)劈裂，這表明材料中的狄拉克點可能由于時間反演對稱性破缺劈裂為兩個外爾點。這些研究表明，層狀ZrTe5材料是研究三維狄拉克半金屬的理想材料體系。

　　該研究成果以Transport evidence for three-dimensional Dirac semimetal phase in ZrTe5 為題發(fā)表在美國《物理評論》雜志上 [Phys. Rev. B 93, 115414 (2016)]。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金以及合肥大科學(xué)中心等項目的支持。


在低溫下，當(dāng)電流與磁場平行時，出現(xiàn)負(fù)磁阻行為。而磁場偏離電流方向時，或者溫度升高時負(fù)磁阻行為消失。


強磁場下的量子輸運測試表明，由于電子的朗道能級劈裂，量子振蕩峰分裂為兩個峰。