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拓?fù)潆娮硬牧狭孔有蛘{(diào)控研究獲進(jìn)展

閱讀:2137        發(fā)布時間:2016/10/17
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    中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心研究員楊昭榮與南京大學(xué)教授孫建、萬賢綱以及北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊文革等組成的合作研究團(tuán)隊,在拓?fù)渫鉅柊虢饘俨牧蟃aAs的量子序調(diào)控研究中取得新進(jìn)展,相關(guān)結(jié)果以Pressure-Induced New Topological Weyl Semimetal Phase in TaAs 為題,發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letter)雜志上。

  伴隨著拓?fù)浣^緣體的發(fā)現(xiàn),材料的拓?fù)涮匦砸约靶缕媪孔有?yīng)在過去的十年里受到了廣泛的關(guān)注和研究,拓?fù)潆娮硬牧霞易逡矎膠ui初的拓?fù)浣^緣體逐漸擴(kuò)展到狄拉克半金屬和外爾半金屬等。外爾半金屬具有表面態(tài)費(fèi)米弧、手性反常導(dǎo)致的負(fù)磁阻等新奇物理性質(zhì),在低能耗電子器件、量子計算等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。2015年,非中心對稱的TaAs家族被理論預(yù)言并成為*實驗證實的外爾半金屬體系,這類材料常壓下為四方結(jié)構(gòu),其三維布里淵區(qū)內(nèi)有24個外爾點,它們處在兩個不同能級之上。壓力作為一種潔凈的維度,直接作用于晶格自由度,是調(diào)節(jié)量子相變、誘導(dǎo)新物態(tài)的一個直接途徑。因而,壓力下材料的拓?fù)涮匦匀绾窝莼坏兄谕鉅柊虢饘傥锢肀举|(zhì)的研究,同時也將為設(shè)計新的拓?fù)潆娮硬牧咸峁┬滤悸贰?/span>

  研究團(tuán)隊通過理論分析并結(jié)合高壓下的電輸運(yùn)測量和同步輻射X射線衍射等實驗手段,對TaAs單晶高壓下的物理行為進(jìn)行了詳細(xì)研究(壓力zui高達(dá)到54GPa)。理論預(yù)測和實驗測量結(jié)果一致表明,TaAs常壓四方I41md結(jié)構(gòu)中處在兩個不同能級上的24個外爾點在低壓區(qū)可以穩(wěn)定存在。當(dāng)壓力超過14GPa后,新的高壓六方相P-6m2出現(xiàn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),該高壓六方相屬于一類新型拓?fù)浒虢饘?,它只擁?2個外爾點并位于相同能級之上,因而相比于常壓相而言能帶結(jié)構(gòu)更為簡單。卸壓同步輻射X射線衍射實驗結(jié)果證實了這個新型拓?fù)浒虢饘傧嗫梢苑€(wěn)定保留至常壓,這為以后在常壓下進(jìn)一步研究這個新型外爾半金屬相提供了可能。

  高壓下的電輸運(yùn)測量部分實驗在強(qiáng)磁場中心的高壓-強(qiáng)磁場-低溫綜合測量系統(tǒng)上完成。強(qiáng)磁場中心助理研究員周永惠、南京大學(xué)博士生陸鵬超和杜永平、強(qiáng)磁場中心副研究員朱相德為該文共同*作者,上述研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、“973”計劃等項目的資助。該工作合作單位還包括中科院合肥研究院固體物理研究所、美國阿貢國家實驗室以及南京大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心。

圖:(a) TaAs晶體高壓下各種可能結(jié)構(gòu)相的焓值計算;(b)結(jié)構(gòu)預(yù)測的TaAs晶胞體積-壓力關(guān)系曲線;(c) TaAs高壓六方相P-6m2*布里淵區(qū)的外爾點分布示意圖;(d) TaAs單晶中絕緣-金屬轉(zhuǎn)變溫度TM-I,1.8K和300K電阻隨壓力變化的曲線;(e) TaAs單晶不同壓力下的等溫(4.5K)磁阻曲線,其中,虛線代表線性擬合結(jié)果,箭頭代表偏離線性行為的特征磁場。

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