发现半金属性外尔铁磁体:开启拓扑量子材料新征程

【字体: 时间:2025年01月23日 来源:Nature 50

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  在量子材料研究中,外尔费米子(Weyl fermions)相关材料较少且多为金属性。研究人员开展了(Cr,Bi)2Te3中外尔铁磁体的研究,理论预测并实验观察到半金属性外尔铁磁体,这为新的关联态等研究及相关器件开发提供了途径。

  量子材料中,受新兴拓扑费米子(topological fermions)支配的材料已成为物理学的基石。石墨烯中的狄拉克费米子(Dirac fermions)是莫尔量子物质的基础,磁性拓扑绝缘体中的狄拉克费米子促成了量子反常霍尔(QAH)效应的发现。相比之下,电磁响应由新兴外尔费米子(Weyl fermions)主导的材料却很少。几乎所有已知的外尔材料都是金属性的,且很大程度上受常规电子支配。
在此,研究人员在理论上预测并通过实验观察到,范德华(Cr,Bi)2Te3中存在半金属性外尔铁磁体。在输运实验中,发现其具有大于 0.5 的创纪录体反常霍尔角,且电导率表现出非金属性,这与传统铁磁体有很大区别。结合对称性分析,数据表明其半金属费米面由两个外尔点组成,它们在体布里渊区线性尺寸上的间距超过 75%,且不存在其他电子态。

利用最先进的晶体合成技术,研究人员广泛地调控了电子结构,能够消除外尔态,并绘制出独特的拓扑相图,展现出广阔的陈绝缘体、外尔半金属和磁性半导体区域。对这种半金属性外尔铁磁体的观察,为探索新的关联态和非线性现象,以及开发零磁场外尔自旋电子学和光学器件开辟了道路。

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