近日，華東師范大學(xué)研究員袁翔課題組和合作者在低維準(zhǔn)粒子激發(fā)研究中取得重要進(jìn)展。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)在三維拓?fù)浣^緣體五碲化鉿（HfTe5）中，發(fā)現(xiàn)了一維外爾費(fèi)米子，并探索了其特殊的電磁響應(yīng)。9月30日，相關(guān)成果在線(xiàn)發(fā)表于《自然—材料》。
“該研究首次在三維體系中通過(guò)極強(qiáng)的磁場(chǎng)找到一維外爾費(fèi)米子。”袁翔告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“外爾費(fèi)米子對(duì)光和電有著特殊的響應(yīng)，這在現(xiàn)有的三維外爾費(fèi)米子體系中已得到驗(yàn)證。我們通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)紅外光譜技術(shù)和脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)電學(xué)測(cè)量技術(shù)，觀(guān)察到了上述響應(yīng)的一維‘版本’。”
通過(guò)磁場(chǎng)約束三維體系中電子的行為、等效降低維度，為在實(shí)驗(yàn)上探測(cè)一維外爾費(fèi)米子性質(zhì)提供了一種可能。相關(guān)實(shí)驗(yàn)需要在強(qiáng)磁場(chǎng)（約是地球磁場(chǎng)的70萬(wàn)倍）、極低溫（零下270攝氏度）等極端條件下開(kāi)展。為此，研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建多套低溫強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)，并與相應(yīng)的光學(xué)、電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)耦合進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。
研究人員利用強(qiáng)磁場(chǎng)紅外光譜技術(shù)，發(fā)現(xiàn)三維拓?fù)浣^緣體HfTe5在強(qiáng)磁場(chǎng)下發(fā)生了三次拓?fù)湎嘧儭Ｓ捎谕負(fù)浣^緣體獨(dú)特的能帶反轉(zhuǎn)和零級(jí)朗道能級(jí)自旋極化特征，其零級(jí)朗道能帶在強(qiáng)磁場(chǎng)下發(fā)生交叉，同時(shí)引起拓?fù)湎嘧?，從而形成“一維外爾?！?，其色散和自旋織體類(lèi)似于三維外爾半金屬。
一維外爾模的發(fā)現(xiàn)，為探索低維外爾費(fèi)米子的物性提供了平臺(tái)。該研究在給出一維外爾模紅外光譜學(xué)證據(jù)的同時(shí)，還探究了一維外爾費(fèi)米子獨(dú)特的電磁響應(yīng)。研究人員不僅在強(qiáng)磁場(chǎng)遠(yuǎn)紅外光譜上觀(guān)察到一維線(xiàn)性能帶的發(fā)散光學(xué)吸收，還在脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)試中觀(guān)察到一維外爾費(fèi)米子手征異常導(dǎo)致的負(fù)磁阻現(xiàn)象。由朗道能帶所實(shí)現(xiàn)的外爾費(fèi)米子與來(lái)源于傳統(tǒng)布洛赫能帶相比，具有嚴(yán)格一維、準(zhǔn)粒子參數(shù)高度可調(diào)、超高態(tài)密度等優(yōu)點(diǎn)。這些特征證實(shí)了外爾費(fèi)米子的一維特征和特殊的電磁響應(yīng)。
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記者丨張雙虎 黃辛
來(lái)源丨中國(guó)科學(xué)報(bào) 頭版
編輯丨趙一航
編審丨戴琪
