北大俞大鵬&廖志敏PRL: Dirac半金屬Cd3As2納米線的體相和表面態間的Fano干涉

【引言】

?狄拉克半金屬可以通過磁場打破時間反演對稱性從而轉化為外爾半金屬，近年來引起了研究人員的廣泛興趣。它們不僅在三維動量空間中具有體態的狄拉克錐，而且還具有拓撲表面態，即費米弧；并且在納米線中由于量子限制效應，其將成為一系列離散的表面子能帶。

【成果簡介】

?近日，北京大學俞大鵬、廖志敏等人報道了一種可調的Fano效應，其是由Dirac半金屬Cd₃As₂納米線的離散表面態和連續體態之間的干涉引起的。該研究認為，當Fermi能級被調制到一個表面子能帶的帶底時，微分電導譜dI/dV會出現零偏壓峰值。Fano共振導致dI/dV隨偏置電壓V_b的不對稱線形。此外，Fano干涉會在Weyl軌道中引入一個附加相位，并導致振蕩頻率的改變。這些結果對于進一步了解拓撲半金屬獨特的量子輸運性質很有價值。該研究發表于Physical Review Letters，題為“Fano Interference between Bulk and Surface States of a Dirac Semimetal Cd₃As₂ Nanowire”，北京大學王碩、林本川是本研究的共同第一作者。

?【圖文導讀】

圖1. SEM圖像與轉移曲線

（a）典型Cd₃As₂納米線器件的SEM圖像。

（b）通過四端構型測量的電阻與V_g的關系。插圖顯示減去背景后的電導振蕩。

（c）由于納米線的量子限制效應，表面態出現一系列子能帶。紅色和藍色線對應于不同的手性。紫色曲線表示DOS分布。

圖2. 不同柵極電壓下測量的dI/dV譜

（a）在2K和不同的柵極電壓下測量的dI/dV隨偏置電壓V_b的變化關系。當調節V_g從-11.5到-18.5V，零偏壓電導峰轉變為零偏壓電導谷。

（b）在另一個V_g為14到16 V區域中的dI/dV譜的類似變化。

圖3. 不同磁場和溫度下的dI/dV譜

（a）在T=2K，V_g=14V和不同磁場下測量的dI/dV隨V_b的變化關系。

（b）dI/dV與偏置電壓和磁場變化關系。紅色虛線表示零偏壓電導峰隨磁場的線性劈裂。

（c）在不同溫度下測量的dI/dV譜。

（d）零偏壓電導峰幅值與溫度的冪律擬合。插圖顯示了半高峰寬（FWHM）隨溫度的函數。

?圖4. 不對稱和對稱的dI/dV譜擬合

（a）-（c）dI/dV譜不對稱線型的Fano擬合。

（d）在較粗的另一納米線中（直徑為150 nm），表面態的量子限制效應不明顯，dI/dV隨偏置電壓變化展現出對稱的拋物線型。

?【小結】

該項工作觀測到狄拉克半金屬Cd₃As₂納米線中dI/dV譜的零偏壓電導峰，并發現其源于量子限制效應引起的表面能帶劈裂。當施加磁場時，由于塞曼效應，零偏壓電導峰被分裂，并且獲得表面態的g因子達32。此外，連續體相與離散表面子帶之間的Fano干涉導致零偏壓電導峰的不對稱線型。進一步的分析表明，這種Fano干涉會在狄拉克、外爾半金屬薄膜的Weyl軌道中引入一個額外的相位，從而改變量子振蕩頻率。該發現將有助于更好地理解Dirac和Weyl 半金屬中獨特的量子輸運性質。

文獻鏈接：Fano Interference between Bulk and Surface States of a Dirac Semimetal Cd₃As₂ Nanowire (Physical Review Letters 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.257701)

本文由材料人計算材料組Annay供稿，材料牛整理編輯。

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