关于“外尔半金属TaAs的不饱和量子磁性”的研究

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北京大学物理学院的贾爽研究员和中科院强磁场科学中心的张警蕾研究员、南方科技大学的卢海舟教授等组成的研究团队对外尔半金属材料TaAs等在强磁场下的磁性质进行了深入研究。利用磁扭矩探测和平行磁化率探测技术,他们发现当外尔电子在强磁场下进入量子极限时,其横向和纵向磁化率都表现出强烈的不饱和性。这一强磁场下的不饱和磁性与非相对论型的拓扑平庸电子呈现的饱和磁性截然相反,是相对论型的电子所独具的指针性属性。

由于各种拓扑电子材料的能带对于包括自旋轨道耦合以及化学势在内的各种参数高度敏感,决定电子拓扑性质的能量尺度可能小至毫电子伏特量级,因此通常的谱学测量如角分辨光电子谱等往往无法分辨能带的细节。而普通的电输运测量只能表征费米面的贝里曲率,无法区分相对论型的电子能带是否存在能隙。这项对于拓扑电子材料的磁性研究,结合了理论计算与强磁场下的实验表征,提出了探测相对论型的电子的一种决定性指针。该工作已在《自然•通讯》上发表 Nature Communications 10, 1028 (2019).

Magnetic responses of the non-relativistic and relativistic fermions a, b, c, d: The energy bands of non-relativistic (parabolic-band) fermions; g, i, h, j: The energy bands of -relativistic fermions; e, f: Calculated parallel magnetization (M||) and effective transverse magnetization (MT) of non-relativistic fermions are saturated in strong magnetic field. k, l: Non-saturated M of relativistic fermions.

此项工作的通讯作者为贾爽研究员,中科院强磁场科学中心的张警蕾研究员和南方科技大学的卢海舟教授;第一作者为量子材料中心博士生张成龙和南方科技大学的王春明教授。同时,这项研究受到国家自然科学基金(No. U1832214, No.11774007)国家重点研究计划(2018YFA0305601)以及中科院先导研究计划(XDB28000000)等的支持。

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