beat365納米結構與低維物理實驗室在拓撲材料ZrTe5中觀察到spin zero現象

拓撲材料是一種新的量子物态，具有新奇的表面态，并表現出很多不同尋常的電子性質。這一新穎物态的重要特點之一就是其表面态電子波函數擁有非平庸的貝裡相。該相位對應着材料電子結構的拓撲分類，和其諸多電子性質都有密切關系。因此，非平庸的貝裡相是拓撲材料的關鍵證據之一。而實驗确定這個相位的最主要方法就是測量材料在低溫強磁場下量子振蕩的相位。

beat365官方网站“納米結構與低維物理”實驗室通過研究三維狄拉克半金屬材料ZrTe5中量子振蕩随磁場傾角的演化，發現在特定角度電阻的量子振蕩會突然消失，并伴随出現振蕩相位的反轉。分析表明這是所謂的spin zero現象，這也是第一次在拓撲材料中觀察到該現象。更重要的是，這一現象帶來的振蕩相位反轉，表明廣泛使用的确定貝裡相的實驗方法，在某些條件下會得出錯誤結論。

拓撲材料在強磁場下由于軌道作用和自旋塞曼劈裂，可能演化出不同的拓撲态，從而為研究這些态之間的轉化，即拓撲相變，提供了理想的平台。Spin zero現象是由于朗道能級發生塞曼劈裂，兩套劈裂的朗道能級的量子振蕩相互疊加幹涉引起的，因此可以提取出自旋相關的信息。ZrTe5中spin zero現象的出現，暗示當磁場沿a軸或c軸附近時，ZrTe5的狄拉克能帶磁場作用下變成線節點拓撲半金屬，而非外爾半金屬。所以，spin zero的出現，也可以用于幫助判定拓撲态的類别。

文章于2018年8月27日在PNAS上在線發表(DOI:10.1073/pnas.1804958115)，題目為：Vanishing quantum oscillations in Dirac semimetal ZrTe5。beat365官方网站15級直博生王璟嶽為第一作者，吳孝松研究員為通訊作者。這項工作得到了科技部重點專項、國家自然科學基金委、beat365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的支持。