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强磁场科学中心在拓扑半金属材料研究中取得新进展
2021-01-25| 作者:陈正 | 【 【打印】【关闭】

 近日,中科院合肥研究院强磁场科学中心田明亮、宁伟研究员课题组,利用稳态强磁场实验装置在拓扑半金属材料研究中取得新进展。他们通过强磁场下的量子振荡测量,在二维层状化合物TaNiTe5单晶中观察到非平庸的三维拓扑态。相关结果以Three-dimensional topological semimetal phase in layered TaNiTe5 probed by quantum oscillations为题发表在Physical Review B上。

 三维拓扑半金属材料由于具有许多新奇的物性,在未来低能耗自旋电子器件中具有重要的应用价值,相关研究是凝聚态物理中的前沿课题。相比于三维拓扑半金属,二维材料体系由于相对较弱层间耦合,在研究量子局限效应或构造范德瓦尔斯异质结、进行外场调控方面具有很多优势。最近理论预言了一系列二维拓扑半金属材料,但目前只有极少被实验证明。

 在本研究中,研究人员对层状化合物TaNiTe5单晶开展了深入研究,理论预言这个材料是二维拓扑半金属在强磁场下的电输运测量和磁扭矩测量中,均观察到了明显的量子振荡行为。通过对这些量子振荡行为的分析,确认多个能带的载流子对材料性能有贡献,其中有两个能带具有非平庸的拓扑特征。通过不同磁场方向下的量子振荡行为分析,进一步确认这两个能带具有具有近似球形费米面和三维椭球费米面,即层状化合物TaNiTe5中存在非平庸的三维狄拉克费米子,是三维拓扑半金属,而不是理论预言的二维拓扑半金属。层状TaNiTe5通过机械剥离的方法非常易于得到薄层样品,为进一步开展相关器件构筑和性能调提供了良好的机会。本研究中高质量的TaNiTe5单晶由强磁场科学中心朱相德(青促会会员)提供。

 上述成果获得了重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

 文章链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.035105

1. (a)高场下TaNiTe5的磁电阻行为;(b)SdH振荡傅里叶频谱分析

2. dHvA振荡和非平庸贝利相位

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