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合肥研究院三維狄拉克半金屬ZrTe5能帶調控研究獲進展

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合肥研究院三維狄拉克半金屬ZrTe5能帶調控研究獲進展

摘要: 　　近期，中國科學院合肥物質科學學習院強磁場科學中心學習員田明亮課題組在三維狄拉克半金屬材料ZrTe5學習中取得新進展，學習人員通過機械剝離ZrTe5單晶的辦法學習了不同厚度ZrTe5納米片的輸運性能，結果發(fā)現納米 ...

　　近期，中國科學院合肥物質科學學習院強磁場科學中心學習員田明亮課題組在三維狄拉克半金屬材料ZrTe5學習中取得新進展，學習人員通過機械剝離ZrTe5單晶的辦法學習了不同厚度ZrTe5納米片的輸運性能，結果發(fā)現納米片的厚度能夠顯著調制其能帶特征，相關學習結果以Thickness-tuned transition of band topology in ZrTe5 nanosheets為題發(fā)表在美國物理學會物理評論B（Physical Review B）上。
　　狄拉克半金屬是目前凝聚態(tài)領域和材料科學領域學習的熱點，它可視為“三維石墨烯”，在低能耗電子學器件應用上具有重要價值。層狀材料ZrTe5由于具有高度各向異性的狄拉克能帶特征，在相關學習中受到很多關注。早期學習表明ZrTe5是性能優(yōu)異的熱電材料，最近的理論學習表明單層的ZrTe5是一個具有大能隙的量子自旋霍爾絕緣體，塊體材料的拓撲性質位于強-弱拓撲絕緣體之間。角分辨光電子能譜和磁場下紅外光譜的學習實驗表明ZrTe5可能是一個三維狄拉克半金屬材料，而掃描隧道顯微鏡（STM）結果表明單層ZrTe5是二維拓撲絕緣體，擁有較大的能隙，且具有良好的彈性。這些相互矛盾的實驗結果一直困擾著相關學習人員。
　　近年來，田明亮課題組對ZrTe5開展了持續(xù)的學習工作，例如在前期的學習中利用強磁場科學中心的穩(wěn)態(tài)水冷磁體（~31T），給出了ZrTe5中存在三維狄拉克半金屬相的電輸運證據，包括手性負磁阻效應、三維特征的量子振蕩以及強磁場下的朗道能級劈裂效應等 [Phys. Rev. B 93， 115414 (2016)]
　　。
　　由于ZrTe5具有各向異性的狄拉克能帶特征，其電子結構對溫度、磁場、壓力以及應力等高度敏感。因此最近課題組利用維度調控的方法，對ZrTe5的電子結構進行了深入學習。學習人員機械剝離ZrTe5單晶獲得不同厚度的ZrTe5納米片，并對其電輸運行為進行測量，結果發(fā)現納米片的電阻反常峰的溫度隨著納米片厚度表現出非單調的變化，即隨著厚度從160納米降低到40納米，反常峰逐漸從150K逐漸減小到100K，而厚度進一步降低到10納米時，反常峰反而逐漸升高到接近室溫。這些結果表明薄納米片（小于40 納米）中電阻反常峰的起源與塊體樣品中電阻反常峰不同。學習同時發(fā)現隨著納米片降到40納米以下，ZrTe5從具有兩種載流子的拓撲半金屬逐漸轉變?yōu)橹挥锌昭ǖ钠胀ń饘俣译S著厚度的逐漸減小，納米片的費米能級逐漸從導帶降低到價帶，表現出厚度調制的能帶轉變。這些能帶變化特點結果對深入理解ZrTe5中各種不同的實驗結論具有重要的意義。
　　該學習工作得到了國家重點學習計劃項目、國家自然科學基金以及合肥大科學中心等項目的支持，學習結果在線發(fā)表在近期物理評論B上【Phys. Rev. B 95， 125135 (2017)】。
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　　不同厚度ZrTe5納米片的電阻性能和T=2K時的霍爾電阻合肥研究院三維狄拉克半金屬ZrTe5能帶調控研究獲進展  |  責任編輯：蟲子
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