我科學家發現新一類半金屬

吳長鋒

2018年08月22日08:42  來源:科技日報
 
原標題:我科學家發現新一類半金屬

  科技日報訊 (記者吳長鋒)記者從中科院強磁場科學中心獲悉,該中心田明亮研究員課題組通過對層狀結構的PtBi2在40特斯拉高磁場下的量子輸運特性測量及第一性原理能帶計算研究,發現層狀結構的PtBi2是新一類三重簡並拓扑半金屬,相關研究成果日前在線發表在《自然·通訊》上。

  拓扑半金屬材料具備奇異的磁輸運性質,如手性負磁阻、巨磁電阻、極高的載流子遷移率等特點,在未來低能耗電子學器件應用上具有重要價值,因而成為國際凝聚態物理研究的前沿和熱點研究方向之一。

  此前實驗發現的拓扑半金屬材料有三種,分別為狄拉克(Dirac)半金屬、外爾(Weyl)半金屬、節線(nodal-line)半金屬,且三種材料中包含的准粒子均為四重或兩重簡並費米子,即在同一個能級態同時存在兩種或者四種半奇數自旋數。但是目前人們僅在鎢—碳型材料WC和MoP中確認存在三重簡並費米子。

  科研人員制備了高質量的具有三角格子特征的層狀PtBi2單晶樣品,利用穩態強磁場實驗裝置的水冷磁體和混合磁體對其磁輸運性質進行了詳細表征研究,並進一步利用第一性原理方法研究了層狀PtBi2的能帶結構。結果表明,層狀結構的PtBi2是新一類三重簡並拓扑半金屬,且具有兩大特點,一是相對於WC和MoP兩種材料,PtBi2的三重簡並點離費米面較近,可直接對應為新奇費米子的特性。二是層狀PtBi2易於解理,在制備器件方面具有天然優勢,這對制備小尺寸微納器件及性能的調控具有重要的應用潛力。

  這項研究工作對促進人們認識電子拓扑物態,發現新奇物理現象,開發新型電子器件以及深入理解基本粒子性質具有重要的意義。

(責編:劉婧婷、熊旭)

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