物理學院廖志敏課題組在《物理評論快報》發表狄拉克半金屬中量子...

2020-12-06 北京大學新聞網

狄拉克半金屬在動量空間的三個方向都具有線性的能帶色散關係和受拓撲保護的費米弧狀表面態，呈現出許多新奇的物理性質，在未來電子學器件中具有潛在的應用前景。然而，由於狄拉克半金屬的體態電導很高，輸運上很難探測到表面態的性質。

北京大學物理學院俞大鵬院士領導的「納米結構與低維物理」團隊在該領域取得系列重要進展。該團隊廖志敏研究員等在高晶體質量的狄拉克半金屬Cd3As2納米線中觀測到手徵反常導致的負磁電阻效應【Nat. Commun. 6, 10137 (2015)】；並藉助於納米線比表面積大的優勢，測量到起源於拓撲表面態輸運的π A-B效應【Nat. Commun. 7, 10769 (2016); Phys. Rev. B 95, 235436（2017）】。

最近，他們通過輸運測量首次在狄拉克半金屬Cd3As2納米線中觀測到連續體態和離散表面態耦合產生的Fano共振現象。研究表明直徑約為60 nm的Cd3As2納米線的表面態能帶會發生劈裂，通過柵壓調製費米能級到一個表面態子能帶的帶底時，會呈現零偏壓微分電導峰；在磁場作用下，由於塞曼效應，零偏壓電導峰會發生劈裂，測量得到表面態的朗德因子為32；Fano共振進一步導致零偏壓微分電導峰隨偏置電壓具有非對稱的線形，並可能對材料中起源於「外爾軌道」的量子振蕩頻率產生修正。這項工作對於深入研究拓撲半金屬的輸運性質，以及設計實現可電學調控的Fano體系有著重要意義。

(a)Cd3As2納米線中量子限制效應引起的電導振蕩；(b)柵壓調製的微分電導譜

該研究工作以「Fano Interference between Bulk and Surface States of a Dirac Semimetal Cd3As2 Nanowire」為題發表在《物理評論快報》【Physical Review Letters, 120, 257701 (2018)】。

北京大學物理學院博士生王碩、林本川是該論文的共同第一作者。這項工作得到科技部重點專項、國家自然科學基金委、北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、「2011計劃」量子物質科學協同創新中心等支持。

編輯：麥洛


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