2019年 第1期 總第34期
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新型拓撲量子態研究獲突破——首次實驗證實二硼化物中節線型拓撲電子態存在

王善才 研究組 供稿 2019-01-07


新型拓撲量子態的研究是近年來凝聚態物理研究的重要方向之一,主要包括從最初發現的拓撲絕緣體到最近發現的拓撲半金屬材料等。這類材料中的一些導帶和價帶交叉點受到空間、時間或者晶體對稱性的保護。   

當這些線性能帶的交叉點靠近費米能級時,材料低能激發的準粒子性質和普通的薛定諤類型的準粒子激發會有很大區別,從而導致材料表現出新奇的物理性質。按維度分類,這些交叉點可以分成零維的節點(Dirac nodes)和一維的節線(nodal-line)。節點型材料最近被廣泛地研究和報道,如在狄拉克、外爾和三重簡并的半金屬材料中分別發現了四重、兩重以及三重簡并的節點。一維的節線有著更多變的構型,目前只在少數材料中發現了某些構型的節線型電子結構。

中國人民大學物理學系王善才教團隊、雷和暢團隊、劉凱團隊,與微系統所劉中灝、沈大偉團隊共同合作,利用角分辨光電子譜(ARPES)實驗方法,首次實驗證實了拓撲半金屬TiB2和ZrB2材料中存在兩類受到不同晶體對稱性保護的節線型電子結構。不同于以往發現的孤立節線,這兩類節線相交于一點,形成nodal-link型的奇特電子結構。此外,相對于已經被報道的其他節線型材料,該材料的費米面主要由節線構成且和其他能帶無互相干涉,該材料為進一步研究狄拉克節線費米子提供了一個理想的平臺。同時該研究還將節線型電子結構特性的研究范圍擴展到像二硼化物這類自旋軌道耦合相對較弱的材料。相關論文發表在Physical Review X 8,031044 (2018)和npj Quantum Materials 3,43 (2018)。該工作受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和人民大學科研基金支持。

 


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