北大Nature子刊：探測隱藏于手性異常Cd3As2中的熱電信號

【引言】

近年來，在理論預測Weyl半金屬上的實驗進展再次掀起對Weyl費米子的研究狂潮，但Weyl費米子至今在高能實驗中并未得到發現。Weyl半金屬是一種三維的量子材料，其導帶和價帶在Brillouin區（布里淵區）以單獨的點相連接，因而稱為Weyl結點（Weyl nodes）。電子狀態在節點附近呈線性離散，并表現出手性，可用Hamiltonian函數表示，H=χνp?σ（ν-速度，p-動量，σ-泡利矩陣）。χ=±1時，為手性電子，與Weyl費米子的最特殊的一中性質—手性異常相聯系。

為了觀察這兩種相關效應，獲知其特點，眾多科學家都付出了努力。目前，對于手性異常，所知的便是縱向的負磁阻效應，這在很多材料中通過實驗得以證實。但因由異常手性引起，在Weyl費米子中預測的其他一系列特性，如熱電效應等，還很少通過實驗得到發現。

【成果簡介】

北京大學的廖志敏和吳孝松（共同通訊作者）在Nature Communications上發布最新研究成果，提出磁場作用下，在Cd₃As₂ Weyl費米子的手性異常特性中檢測出熱電信號。當磁場平行于溫度梯度方向時，觀測出對熱電勢的強二次抑制。二次系數近于二倍的電導率。而這些有趣的實驗發現，根據Weyl費米子的手性異常的特點便都可得到理解。對于Weyl費米子異常熱電性的實驗發現，也有助于對手性異常進行更深的了解。

【圖文導讀】

圖一、溫度與ρ和S_xx的相互關系

(a) ρ-T圖，內嵌圖為設備的光學顯微鏡圖，標尺為20 μm。

(b) S_xx-T圖，（S_xx-熱能/熱電勢）。

圖二、垂直磁場中，設備的電阻率和熱電效應

(a) 不同溫度下的正巨磁電阻 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??(b) S_xx-B，（B-磁場）

(c) σ_xx-B2，（σ_xx-電導率） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(d) S_xx-B2

圖四、用方程擬合熱電勢S_xx

不同溫度下獲得S_xx-B圖，進行擬合，點劃線為擬合曲線。紅線、藍線、綠線分別在T=10，25，40K下。

【小結】

此次研究主要針對于Cd₃As₂微片的低溫熱電性展開。施加不同方向的磁場，在材料中會發現不一樣的熱電勢增長趨勢。磁場平行于溫度梯度，熱電勢表現出異常，會隨著磁場增加而降低。利用Mott關系，表明所觀測到的Weyl費米子異常熱電勢可用手性異常得到很好的解釋。實驗結果也證實熱電性可作為研究Weyl費米子的一個重要手段，同樣也可用于研究其他拓撲材料中。

文獻鏈接：Thermoelectric signature of the chiral anomaly in Cd₃As₂（Nature Communications，2016，DOI：10.1038/ncomms13013）

本文由材料人編輯部電子電工學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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