三維狄拉克半金屬Cd3As2中負磁阻效應

拓撲半金屬是一種新的量子材料，是當前凝聚态物理重要的研究領域之一。在三維動量空間中，拓撲半金屬具有特殊的能帶交叉點，表現出線性色散關系，可以用具有手性的相對論Weyl（Dirac）方程描寫。狄拉克半金屬在時間反演對稱性破缺的情況下會表現出Weyl半金屬的性質。手性反常是Weyl半金屬的一個重要性質，在輸運中表現為當外加磁場平行于電場時，可觀測到負磁阻現象，而且該效應對磁場和電場之間的角度非常敏感。

最近，由俞大鵬教授領導的beat365“納米結構與低維物理”研究團隊在狄拉克半金屬Cd3As2納米材料制備和低溫輸運性質方面取得新進展。該團隊的青年教師廖志敏副教授等通過化學氣相沉積法成功合成了Cd3As2納米結構，低溫輸運測量中觀測到負磁阻，而且室溫下負磁阻也能夠保持，分析表明該負磁阻是由手性反常導緻的。需要說明的是要觀察到手性反常導緻的負磁阻，要求材料的載流子濃度較低，而且外加磁場方向平行于給樣品施加的電場方向；實驗中通過改變載流子濃度和改變磁場方向可以有效地調制負磁阻幅值的大小，并觀測到負磁阻向正磁阻的轉變，證實了Cd3As2中負磁阻由手性反常所緻。實驗表明，在不同直徑的納米線和納米片中均觀察到了負磁阻現象，說明該負磁阻是狄拉克半金屬中體載流子貢獻所緻。在低磁場下，觀測到的反弱局域化現象，表明該材料當中較強的自旋軌道耦合作用。另外，由于材料的載流子濃度很低，費米面靠近狄拉克點，有利于研究狄拉克點附近的物理性質。他們通過門壓調制，測量到強磁場下由于朗道能級劈裂導緻的電導振蕩。該研究結果對狄拉克半金屬Cd3As2物理性質的研究具有重要的意義。

該研究成果近期發表于Nature Communications 6, 10137 (2015).博士研究生生李彩珍和王禮先為并列第一作者，廖志敏副教授為通訊作者。該研究成果得到了“2011計劃”量子物質科學協同創新中心、介觀物理國家重點實驗室、beat365電子顯微鏡實驗室等的大力支持。