近日，校物系修現(xiàn)狄我校物理學(xué)系修發(fā)賢課題組通過研究狄拉克半金屬ZrTe5在強(qiáng)磁場(chǎng)下的理學(xué)拉克輸運(yùn)性質(zhì)，首次觀測(cè)到一種新奇的發(fā)賢磁場(chǎng)誘導(dǎo)的自旋密度波態(tài)，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)狄拉克半金屬的課題研究提供了新的角度和思路。相關(guān)研究論文“Zeeman splitting and dynamically mass generation in Dirac semimetal ZrTe5”于8月12日在國際權(quán)威期刊《自然通訊》(Nature Communications)上發(fā)表(DOI: 10.1038/NCOMMS12516)。組實(shí)自旋我校物理學(xué)系博士生劉彥聞、半金波態(tài)袁翔為該論文的密度第一、第二作者。校物系修現(xiàn)狄修發(fā)賢教授為通訊作者。理學(xué)拉克

近年來狄拉克半金屬受到廣泛的發(fā)賢關(guān)注。狄拉克半金屬具有和石墨烯相似的課題能帶結(jié)構(gòu)，為研究者進(jìn)行基礎(chǔ)物理研究提供了良好的組實(shí)自旋平臺(tái)，同時(shí)它展現(xiàn)出高磁阻，半金波態(tài)高遷移率等優(yōu)良電學(xué)性質(zhì)，密度具有廣闊的校物系修現(xiàn)狄應(yīng)用前景。最近大量的理論研究指出，多體相互作用能誘導(dǎo)狄拉克半金屬發(fā)生奇特相變，同時(shí)使原本無質(zhì)量的狄拉克電子產(chǎn)生質(zhì)量，此前尚未有實(shí)驗(yàn)報(bào)道驗(yàn)證這一現(xiàn)象。

在本工作中，修發(fā)賢課題組利用脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)研究了狄拉克半金屬ZrTe5的輸運(yùn)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)ZrTe5具有很好的準(zhǔn)二維特性，表現(xiàn)出體態(tài)的量子霍爾效應(yīng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)ZrTe5在較小的磁場(chǎng)時(shí)，即可觀察到塞曼自旋劈裂現(xiàn)象，并且滿足材料的量子極限條件，使得多體相互作用的效應(yīng)隨著磁場(chǎng)增大逐漸凸顯。在60T超強(qiáng)磁場(chǎng)的條件下，觀察到樣品電阻值的反常突變，表明發(fā)生磁場(chǎng)誘導(dǎo)相變。而這一相變是由于體系進(jìn)入量子極限以后多體相互作用增強(qiáng)，從而引發(fā)的自旋密度波相變。這一發(fā)現(xiàn)表明了狄拉克半金屬是一個(gè)研究拓?fù)鋺B(tài)關(guān)聯(lián)效應(yīng)的理想平臺(tái)，為進(jìn)一步研究狄拉克電子性質(zhì)提供了新線索。

國家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心提供了強(qiáng)磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)條件，華東師范大學(xué)吳幸教授、澳大利亞昆士蘭大學(xué)鄒進(jìn)教授提供透射電鏡表征，清華大學(xué)汪忠教授、愛爾蘭都柏林三一學(xué)院Stefano Sanvito教授提供了理論支持。該工作得到我校物理學(xué)系、應(yīng)用表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目的支持。

圖a, ZrTe5的TEM表征圖；圖b, ZrTe5的準(zhǔn)二維性質(zhì)；圖c, 體量子霍爾效應(yīng)；圖d,量子極限條件下的輸運(yùn)行為-其物理機(jī)制為高場(chǎng)下自旋密度波態(tài)的形成。 

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