北京大學賈爽及合作者：關于“TaP中磁場誘導的外爾費米子湮滅”的研究成果

【成果簡介】

北京大學物理學院量子材料科學中心研究員賈爽、張弛，謝心澄教授和包括華中科技大學王俊峰教授，南方科技大學盧海舟教授，普林斯頓大學Hasan教授，蘇黎世大學Neupert教授以及新加坡國立大學林新教授在內的研究團隊最近合作開展了在外爾半金屬TaP中的相關高磁場電輸運研究。相關工作成果以Magnetic-tunnelling-induced Weyl node?annihilation in TaP為題發表在Nature Physics上。

【圖文導讀】

圖1 磁場下TaP的朗道能帶示意圖

描述了其能隙的打開過程。

圖2 相應的霍爾和磁電阻的輸運表征

在34.4T下霍爾信號發生反轉。

【研究內容】

拓撲概念在凝聚態物理中的引入極大地加深了人們對各種低能態準粒子的理解。近年來，以外爾半金屬為代表的拓撲半金屬的發現是繼拓撲絕緣體發現以來又一項重大進展。一般認為，晶體中實現的外爾費米子是具有拓撲保護的穩定準粒子。一對具有相反手性的外爾點只有被移動到同一動量坐標上才會發生湮滅。這種粒子和反粒子的相互湮滅在不改變能帶結構的前提下是很難實現的。

研究人員發現在磁場的催化作用下，一對手性相反的外爾點會在高磁場下發生湮滅，從而導致霍爾信號的反轉。在磁場作用下，外爾半金屬中的電子能帶首先形成了一套特殊的分立朗道能帶。特別是最后一個朗道能帶由于其特殊的拓撲結構而具有手性，其在動量空間中是單向的。當磁場很高時，此時電子的磁長度的倒數可和兩個相反手性的外爾點的動量距離相比擬，因此物理上允許發生磁隧穿效應而導致最后兩個手性的朗道能帶發生雜化，最終實現外爾費米子的湮滅和能隙的打開。

此項工作的通訊作者為賈爽研究員、盧海舟教授和王俊峰教授。第一作者為量子材料科學中心2013級博士研究生張成龍。同時，該項研究得到國家重大科學研究計劃（2014CB239302,2013CB921901）、國家自然科學基金，和中組部“青年千人”計劃的支持。

原文鏈接：http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2017-08/01/content_298778.htm

文獻鏈接：Magnetic-tunnelling-induced Weyl node?annihilation in TaP?(Nature Physics，2017，DOI：10.1038/nphys4183)

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