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徐楠联合团队实现关联拓扑新物态

作者:     点击:      时间:2018-10-11

近日,国际权威期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表了高等研究院徐楠教授联合团队在关联电子体系中发现杂化外尔半金属态的最新研究成果。

论文题为《Evidence of a Coulomb-Interaction-Induced LifshitzTransitionand Robust Hybrid Weyl Semimetal in Td-MoTe2》,DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.136401)(T_d相二碲化钼中库伦相互作用引起的Lifshitz转变及杂化外尔半金属的证据)。武汉大学高等研究院为第一署名/通讯单位,徐楠、丁洪、史明为共同通讯作者。物理科学与技术学院余睿教授和博士研究生王震委进行了理论计算;实验部分在瑞士光源ADRESS光束线完成。高等研究院硕士研究生杨天宇、万强参与了实验。

拓扑量子态作为一类新的物质存在形式,其对应的新材料表现出很多奇异的物理性质,在基础物理和应用物理两方面都有重要的意义。拓扑量子态中整体拓扑性质在电子关联效应的调制下如何演化,是凝聚态物理领域中一个重要课题。同时,在拓扑量子态中引入关联效应可使体系的基态对外部参量更为敏感,易于实现对体系的量子调控,进而导致丰富的物理现象。

武汉大学高等研究院徐楠课题组主要的研究方向是利用大型同步辐射装置和光电子能谱技术研究拓扑量子材料,强关联和低维体系的电子结构和物理机理。最近,徐楠教授与丁洪研究员、史明教授合作,偕同多个研究团队,对范德瓦尔斯材料Td相MoTe2进行了软x射线角分辨光电子能谱研究,首次得到其体态三维的电子能带结构(图一)。

图一:MoTe2中三维体态电子能带结构

研究表明电子关联相应在描述T_d相二碲化钼的体态能带结构中起着至关重要的作用,导致了其费米面拓扑性质的Lifshitz转变(图二)。

图二:电子关联效应引起的Lifshitz相变

同时在MoTe2体态电子结构中发现了一类新的电子关联效应和自旋轨道耦合协同导致的杂化外尔半金属态(hybrid Weyl semimetal state)。如图三所示,在Td相MoTe2中常规的第一型外尔费米子和破坏了洛伦兹对称性的第二型外尔费米子同时存在并源于相同的电子集体运动。而洛伦兹对称性是宇宙中高能粒子所必须遵从的一个基本规则,使得杂化外尔费米子只能在固体中以准粒子的形式出现,并具有独特的输运特性和潜在的应用前景。同时,Td相MoTe2也为系统研究材料中整体拓扑性质、自旋-偶合耦合、电子间关联效应、超导电性之间的相互作用,以及调控和应用这些新奇的量子态提供了一个很好的研究平台。

图三:电子关联效应导致的杂化外尔费米子态

该研究工作得到了国家人才计划、武汉大学高层次人才计划、科技部国家重点研发计划项目(2018YFA0307000)、国家重点研发计划青年项目(2018FYA0305800)、国家自然科学基金委面上项目(11674077)和武汉大学科研项目(2042018kf-0030)的支持。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.136401