今日Nature報道MIT又一重大發現：鐵磁kagome金屬中發現有質量的狄拉克費米子

【引言】

kagome晶格是具有共角三角形的二維網絡，已知可以容納不同類型的量子磁態。就電子結構而言，早已知道簡單的kagome晶格緊束縛模型會產生不尋常的特征，包括無色帶和狄拉克點。狄拉克點以類似于六方石墨烯晶格中的方式出現。盡管這些特征以前沒有在實驗中觀察到，但理論上的興趣一直存在并產生一些初步的預測。已經有研究預測，kagome晶格也可能承載導致拓撲和絕緣階段的狄拉克電子狀態，但這些狀態到目前為止還沒有在實驗中被檢測到。

【成果簡介】

北京時間2018年3月20日，Nature在線發表麻省理工學院Joseph G. Checkelsky、Riccardo Comin（共同通訊）等人題為“Massive Dirac fermions in a ferromagnetic kagome metal”的文章，該團隊研究了d電子kagome金屬Fe₃Sn₂，其設計用于在存在鐵磁有序的條件下證明了有質量的狄拉克費米子。實驗觀察到一個與溫度無關的固有異常霍爾電導率，該電導率持續高于室溫，這表明kagome平面的時間反轉對稱性破裂電子帶顯著突出Berry曲率。利用角分辨光電子能譜，觀察到費米能級附近的一對準二維狄拉克錐，質量間隙為30毫電子伏，這對應于產生貝里曲率誘導霍爾電導率的大量狄拉克費米子。表明這種行為是鐵磁狀態下雙層kagome晶格的基本對稱性和原子自旋軌道耦合的結果。這項工作提供了一個鐵磁kagome金屬的證據和相關電子系統中出現的拓撲電子性質的例子。

【圖文導讀】

圖1 kagome結構和Fe₃Sn₂

圖2 Fe₃Sn₂異常霍爾響應

圖3 Fe3Sn2區域角落的有質量的狄拉克費米子

圖4 kagome雙層的緊密結合和霍爾電導率

文獻鏈接：Massive Dirac fermions in a ferromagnetic kagome metal（Nature,2018,DOI:10.1038/nature25987）

本文由材料人學術組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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