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理论上预测可能存在磁性拓扑半金属态的体系包

作者:凯博国际    更新时间:2020-08-30 15:16

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  近期,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员张昌锦、皮雳课题组合作,在磁性拓扑半金属材料研究方面取得新进展。研究人员通过强磁场下的磁性、输运测量以及第一性原理计算,对NdSb、DySb等镧系金属锑化物磁性体系进行了深入研究,发现了磁性拓扑半金属态。

  拓扑半金属是一类新型的拓扑材料,具有类似于基本粒子的低能激发态,在科学认知与实际应用方面具有重大意义。其中,狄拉克半金属的狄拉克点兼具晶体对称性与时间反演对称性,被称为“三维石墨烯”。如果晶体对称性或时间反演对称性破缺,狄拉克点变为一对外尔点,形成外尔半金属。晶体对称性破缺的外尔半金属已经在TaAs、WTe

  等体系中发现,而时间反演对称性破缺的外尔半金属则长期未被发现。主要原因在于角分辨光电子能谱在研究磁性材料时有很大局限,不能提供磁有序态下的明确电子结构。理论上预测可能存在磁性拓扑半金属态的体系包括镧系金属锑化物、铋化物,以及GdPtBi、Mn

  在该工作中,研究人员利用强磁场下的磁性与输运测量,研究了NdSb、DySb等材料的磁结构转变,分析了不同磁结构下电子输运的基本信息与载流子特性,结合第一性原理能带计算结果,发现NdSb的反铁磁态是狄拉克半金属态,DySb的铁磁态是外尔半金属态。尤其是,在NdSb上观测到的手性反常导致的负磁阻现象,为拓扑半金属态的存在提供了坚实证据。而NdSb、DySb也以其可调控的磁结构为研究磁性与拓扑的关联提供了理想的载体。

  该系列工作的输运测量是在稳态强磁场实验装置的一号水冷磁体WM1与混合磁体上进行的,磁性测量是在二号水冷磁体WM2的磁性测量系统(VSM)上进行的。

  该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持,主要完成人为研究生王永建、梁丹丹,相关研究发表在Physical Review B、APL Materials上。

  NdSb的高场磁化率、磁阻测量(上图)与负磁阻测量(下图)(上左图WM2提供最高场25T,上右图WM1提供最高场38T)

  DySb的高场磁阻测量与能带计算结果(上左混合磁体提供最高场38.7T)

  近期,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员张昌锦、皮雳课题组合作,在磁性拓扑半金属材料研究方面取得新进展。研究人员通过强磁场下的磁性、输运测量以及第一性原理计算,对NdSb、DySb等镧系金属锑化物磁性体系进行了深入研究,发现了磁性拓扑半金属态。

  拓扑半金属是一类新型的拓扑材料,具有类似于基本粒子的低能激发态,在科学认知与实际应用方面具有重大意义。其中,狄拉克半金属的狄拉克点兼具晶体对称性与时间反演对称性,被称为“三维石墨烯”。如果晶体对称性或时间反演对称性破缺,狄拉克点变为一对外尔点,形成外尔半金属。晶体对称性破缺的外尔半金属已经在TaAs、WTe2等体系中发现,而时间反演对称性破缺的外尔半金属则长期未被发现。主要原因在于角分辨光电子能谱在研究磁性材料时有很大局限,不能提供磁有序态下的明确电子结构。理论上预测可能存在磁性拓扑半金属态的体系包括镧系金属锑化物、铋化物,以及GdPtBi、Mn3Sn等。

  在该工作中,研究人员利用强磁场下的磁性与输运测量,研究了NdSb、DySb等材料的磁结构转变,分析了不同磁结构下电子输运的基本信息与载流子特性,结合第一性原理能带计算结果,发现NdSb的反铁磁态是狄拉克半金属态,DySb的铁磁态是外尔半金属态。尤其是,在NdSb上观测到的手性反常导致的负磁阻现象,为拓扑半金属态的存在提供了坚实证据。而NdSb、DySb也以其可调控的磁结构为研究磁性与拓扑的关联提供了理想的载体。

  该系列工作的输运测量是在稳态强磁场实验装置的一号水冷磁体WM1与混合磁体上进行的,磁性测量是在二号水冷磁体WM2的磁性测量系统(VSM)上进行的。

  该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持,主要完成人为研究生王永建、梁丹丹,相关研究发表在Physical Review B、APL Materials上。

  NdSb的高场磁化率、磁阻测量(上图)与负磁阻测量(下图)(上左图WM2提供最高场25T,上右图WM1提供最高场38T)

  DySb的高场磁阻测量与能带计算结果(上左混合磁体提供最高场38.7T)

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