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    我国学者在外尔半金属电磁响应研究中取得进展

    日期 2020-03-20   来源:信息科学部   作者:孙玲 张丽佳 潘庆  【 】   【打印】   【关闭

    图.砷化铌的动态手征反常示意图

      在818棋牌官网优秀青年818棋牌项目(批准号:61322407)等资助下,复旦大学修发贤教授团队与合作者晏湖根教授、南京大学施毅教授等在外尔半金属电磁响应研究中发现了砷化铌独特的电磁响应特性,即动态手征效应。这是该团队继发现该材料具有超高电导率后的又一重要进展。研究成果以“外尔半金属砷化铌中的动态手征反常(The discovery of dynamic chiral anomaly in a Weyl semimetal NbAs)”为题,于2020年3月6日在《自然∙通讯》(Nature Communications)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-14749-4。

      外尔半金属是拓扑半金属家族的一类特殊成员。这类材料中存在外尔锥,其低能电子激发与外尔方程所预言的外尔费米子相似,具备费米弧与手征反常特性。外尔半金属中的手征反常现象可以理解为装满了左、右手性粒子的盒子,且粒子数目相同,这被称为手征对称。在外加磁场下,该手征的对称性会被打破,从而产生不同数目的左、右手性粒子。目前,手征反常工作主要聚焦于以负磁阻作为实验证据的静态输运测量,由于缺乏实验手段来实现材料内部动态电场,理论预言的动态手征反常一直未能实现。

      科研团队另辟蹊径,利用晶格振动产生的内部电场与稳态强磁场结合,即通过外尔半金属砷化铌中声子的内建动态电场与外加静磁场的结合的方法,实现了动态手征反常。理论研究表明,晶格震动产生的交流电场与外加磁场同时存在且平行时,可以产生动态轴向的手征磁电流,该电流的积累效应结合材料的强电声耦合,从而使得在零磁场下不能被红外光谱探测到的声子可被观测到。该团队通过红外磁光谱技术,用控制变量法判断出磁场产生的声子荷与磁场方向一致,从而观察到这一红外不可见的声子随着磁场增强逐渐变为红外可见声子,最终实现了动态手征反常的理论预言。

      该项研究成果首次在外尔半金属中实现了动态手征反常,为研究外尔半金属独特的电磁响应特性奠定了基础。这种效应在光学方面具有重要的应用价值,例如基于手性电荷所预言的外尔半金属负折射实现光学衍射极限的突破等。




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