中國(guó)粉體網(wǎng)訊 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員田明亮課題組在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置水冷磁體和極低溫測(cè)試系統(tǒng)的支持下，在三維狄拉克半金屬研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)Physical Review B 上。
三維拓?fù)涞依税虢饘偈悄壳澳蹜B(tài)領(lǐng)域和材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，它被人們形象地譽(yù)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(jià)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(cè)量和紅外光譜測(cè)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(yùn)證據(jù)。
在該工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加磁場(chǎng)平行于測(cè)量電流方向時(shí)，樣品展現(xiàn)出明顯的負(fù)磁阻效應(yīng)，而改變磁場(chǎng)方向后該負(fù)磁阻很快得到抑制。這種對(duì)電流和磁場(chǎng)夾角高度敏感的負(fù)磁阻被稱為手性磁效應(yīng)，也是實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證拓?fù)浒虢饘俚囊粋�(gè)重要輸運(yùn)證據(jù)。此外，通過對(duì)ZrTe5中量子振蕩行為進(jìn)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(shí)具有非平庸的貝里位相（Berry phase）。而轉(zhuǎn)角磁電阻測(cè)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(shí)進(jìn)一步在強(qiáng)磁場(chǎng)（31T）、極低溫（300mK）下測(cè)量了樣品中的量子振蕩行為，研究發(fā)現(xiàn)由于朗道能級(jí)劈裂效應(yīng)，這些量子振蕩峰會(huì)隨著溫度的降低出現(xiàn)劈裂，這表明材料中的狄拉克點(diǎn)可能由于時(shí)間反演對(duì)稱性破缺劈裂為兩個(gè)外爾點(diǎn)。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(guó)《物理評(píng)論》雜志上 [Phys. Rev. B 93, 115414 (2016)]。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及合肥大科學(xué)中心等項(xiàng)目的支持。
在低溫下，當(dāng)電流與磁場(chǎng)平行時(shí)，出現(xiàn)負(fù)磁阻行為。而磁場(chǎng)偏離電流方向時(shí)，或者溫度升高時(shí)負(fù)磁阻行為消失。
強(qiáng)磁場(chǎng)下的量子輸運(yùn)測(cè)試表明，由于電子的朗道能級(jí)劈裂，量子振蕩峰分裂為兩個(gè)峰。
三維拓?fù)涞依税虢饘偈悄壳澳蹜B(tài)領(lǐng)域和材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，它被人們形象地譽(yù)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(jià)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(cè)量和紅外光譜測(cè)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(yùn)證據(jù)。
在該工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加磁場(chǎng)平行于測(cè)量電流方向時(shí)，樣品展現(xiàn)出明顯的負(fù)磁阻效應(yīng)，而改變磁場(chǎng)方向后該負(fù)磁阻很快得到抑制。這種對(duì)電流和磁場(chǎng)夾角高度敏感的負(fù)磁阻被稱為手性磁效應(yīng)，也是實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證拓?fù)浒虢饘俚囊粋�(gè)重要輸運(yùn)證據(jù)。此外，通過對(duì)ZrTe5中量子振蕩行為進(jìn)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(shí)具有非平庸的貝里位相（Berry phase）。而轉(zhuǎn)角磁電阻測(cè)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(shí)進(jìn)一步在強(qiáng)磁場(chǎng)（31T）、極低溫（300mK）下測(cè)量了樣品中的量子振蕩行為，研究發(fā)現(xiàn)由于朗道能級(jí)劈裂效應(yīng)，這些量子振蕩峰會(huì)隨著溫度的降低出現(xiàn)劈裂，這表明材料中的狄拉克點(diǎn)可能由于時(shí)間反演對(duì)稱性破缺劈裂為兩個(gè)外爾點(diǎn)。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(guó)《物理評(píng)論》雜志上 [Phys. Rev. B 93, 115414 (2016)]。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及合肥大科學(xué)中心等項(xiàng)目的支持。
在低溫下，當(dāng)電流與磁場(chǎng)平行時(shí)，出現(xiàn)負(fù)磁阻行為。而磁場(chǎng)偏離電流方向時(shí)，或者溫度升高時(shí)負(fù)磁阻行為消失。
強(qiáng)磁場(chǎng)下的量子輸運(yùn)測(cè)試表明，由于電子的朗道能級(jí)劈裂，量子振蕩峰分裂為兩個(gè)峰。
