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《Physical Review Letters》刊登我院HfC中的結鏈半金屬態和外爾半金屬態研究成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2017-07-31 16:43:47 點擊次數:

《Physical Review Letters》刊登我院HfC中的結鏈半金屬態和外爾半金屬態研究成果

尋找新的物質態是凝聚態物理的重要課題之一。近些年,拓撲半金屬態吸引了物理工作者的研究興趣。拓撲半金屬中最具代表性的兩個成員是狄拉克半金屬和外爾半金屬。它們的電子的能量與晶格動量成線性關系,是典型的狄拉克錐形(圖一 a,b)。狄拉克半金屬中費米能附近的狄拉克錐頂點具有四重簡并,可以用無質量的狄拉克方程描述。外爾半金屬的費米面則由成對的二重簡并的錐頂點組成,分別由手性相反的外爾方程描述。因此,狄拉克半金屬和外爾半金屬中具有和粒子物理中的狄拉克費米子和外爾費米子相對應的準粒子激發。這使得人們可以在固體材料里面研究狄拉克費米子和外爾費米子的某些物理性質。固體晶格破壞了空間的連續對稱性,因此另幾類拓撲半金屬態,如結線半金屬(圖一 c)、結鏈半金屬(圖一 d)、三重簡并費米子等并沒有高能物理上的粒子相對應。人們通過研究認識到結線或結鏈半金屬態,可以看作是多種拓撲態的母態,由它出發,可以調控出狄拉克半金屬、外爾半金屬和拓撲絕緣體等。此外,結鏈、結線半金屬態相比于結點半金屬態具有更豐富、更新奇的費米面構型,相應的材料和其包含的物理特性是凝聚態物理中非常值得研究的課題。

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近期,MG娱乐官网余睿教授與蘇黎世聯邦理工學院的吳泉生博士及中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)T03組方忠、翁紅明研究員合作,對具有碳化鎢晶體結構的化合物HfC(圖二所示)中的電子能帶結構做了系統的研究。

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研究發現,在不考慮自旋軌道耦合作用時,HfC的電子結構表現為結鏈半金屬態(如圖三 b所示)。這里的結鏈是由晶體結構中的鏡面對稱性和能帶反帶結構導致,可以穩定存在。此類結鏈態的形成機制也為在光子晶體和聲子晶體等無自旋軌道耦合系統中設計結鏈態提供了理論基礎。當進一步考慮自旋軌道耦合效應后,結鏈會退化成圖三所示的結點,系統變成外爾半金屬。該工作詳細研究了HfC材料中結鏈半金屬態演化成外爾半金屬態的物理機制,討論了外爾半金屬態存在的條件(圖四)。論文在物理類權威刊物 Phys. Rev. Lett. 上發表。

本工作得到了科技部,國家自然科學基金和中國科學院先導B類專項等項目的支持。

論文鏈接:

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