新型拓?fù)淞孔討B(tài)研究獲突破——首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)二硼化物中節(jié)線型拓?fù)潆娮討B(tài)存在
新型拓?fù)淞孔討B(tài)的研究是近年來凝聚態(tài)物理研究的重要方向之一，主要包括從最初發(fā)現(xiàn)的拓?fù)浣^緣體到最近發(fā)現(xiàn)的拓?fù)浒虢饘俨牧系?。這類材料中的一些導(dǎo)帶和價(jià)帶交叉點(diǎn)受到空間、時(shí)間或者晶體對稱性的保護(hù)。 ??
當(dāng)這些線性能帶的交叉點(diǎn)靠近費(fèi)米能級時(shí)，材料低能激發(fā)的準(zhǔn)粒子性質(zhì)和普通的薛定諤類型的準(zhǔn)粒子激發(fā)會(huì)有很大區(qū)別，從而導(dǎo)致材料表現(xiàn)出新奇的物理性質(zhì)。按維度分類，這些交叉點(diǎn)可以分成零維的節(jié)點(diǎn)（Dirac nodes）和一維的節(jié)線（nodal-line）。節(jié)點(diǎn)型材料最近被廣泛地研究和報(bào)道，如在狄拉克、外爾和三重簡并的半金屬材料中分別發(fā)現(xiàn)了四重、兩重以及三重簡并的節(jié)點(diǎn)。一維的節(jié)線有著更多變的構(gòu)型，目前只在少數(shù)材料中發(fā)現(xiàn)了某些構(gòu)型的節(jié)線型電子結(jié)構(gòu)。
中國人民大學(xué)物理學(xué)系王善才教團(tuán)隊(duì)、雷和暢團(tuán)隊(duì)、劉凱團(tuán)隊(duì)，與微系統(tǒng)所劉中灝、沈大偉團(tuán)隊(duì)共同合作，利用角分辨光電子譜（ARPES）實(shí)驗(yàn)方法，首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)了拓?fù)浒虢饘賂iB2和ZrB2材料中存在兩類受到不同晶體對稱性保護(hù)的節(jié)線型電子結(jié)構(gòu)。不同于以往發(fā)現(xiàn)的孤立節(jié)線，這兩類節(jié)線相交于一點(diǎn)，形成nodal-link型的奇特電子結(jié)構(gòu)。此外，相對于已經(jīng)被報(bào)道的其他節(jié)線型材料，該材料的費(fèi)米面主要由節(jié)線構(gòu)成且和其他能帶無互相干涉，該材料為進(jìn)一步研究狄拉克節(jié)線費(fèi)米子提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。同時(shí)該研究還將節(jié)線型電子結(jié)構(gòu)特性的研究范圍擴(kuò)展到像二硼化物這類自旋軌道耦合相對較弱的材料。相關(guān)論文發(fā)表在Physical Review X 8,031044 (2018)和npj Quantum Materials 3,43 （2018）。該工作受到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和人民大學(xué)科研基金支持。
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