【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)正式刊發(fā)了國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心張驍驍教授團(tuán)隊(duì)在拓?fù)浒虢饘傧到y(tǒng)磁輸運(yùn)方面的研究成果，題為“Nonmonotonic Hall effect of Weyl semimetals under a magnetic field”，并被選為期刊編輯推薦論文。張驍驍為論文第一作者兼通訊作者，日本理化學(xué)研究所Naoto Nagaosa教授為共同通訊作者。
 

　　霍爾效應(yīng)及相關(guān)的磁輸運(yùn)一直是固體系統(tǒng)中新物理的重要來(lái)源。近年來(lái)，拓?fù)淞孔硬牧系挠楷F(xiàn)顯著激發(fā)了相關(guān)的輸運(yùn)研究，拓?fù)浒虢饘僬瞧湓谌S空間的代表，具有類似于高能相對(duì)論性粒子的線性色散及獨(dú)特的電子拓?fù)湫袨椤]有外加磁場(chǎng)時(shí)，其表面態(tài)可產(chǎn)生作為磁性拓?fù)浒虢饘贅?biāo)志的反常霍爾效應(yīng)。這類破壞時(shí)間反演對(duì)稱性的系統(tǒng)在理論上被預(yù)測(cè)，并在Mn3Sn、GdPtBi、Co3Sn2S2、PrAlSi等材料中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。霍爾磁輸運(yùn)通常被分解為對(duì)磁場(chǎng)線性依賴的普通霍爾效應(yīng)和由自發(fā)磁化引起的反常霍爾效應(yīng)。然而，實(shí)驗(yàn)中卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)非單調(diào)和非線性的霍爾信號(hào)，與以上簡(jiǎn)化但廣為接受的圖像相矛盾，至今未有明確的物理機(jī)制與理解。這是一種單純的現(xiàn)象學(xué)上的巧合，還是由于各種材料背后隱藏著一些共同機(jī)制，值得科研人員進(jìn)行進(jìn)一步研究。
 

　　圖1：(a)典型拓?fù)浒虢饘僦械呢惱锴逝c外加磁場(chǎng)；(b)外磁場(chǎng)下非單調(diào)的霍爾效應(yīng)
 

　　本工作通過(guò)微觀理論計(jì)算嘗試回答了這一問(wèn)題，在拓?fù)浒虢饘僦刑岢隽艘粋€(gè)系統(tǒng)性的具有非單調(diào)外磁場(chǎng)依賴的新型霍爾效應(yīng)，結(jié)合了內(nèi)在的時(shí)間反演對(duì)稱破缺的拓?fù)湟约巴鈭?chǎng)誘導(dǎo)的磁量子效應(yīng)。該研究發(fā)現(xiàn)了兩種相關(guān)的機(jī)制——朗道能級(jí)彎曲和手性朗道能級(jí)移動(dòng)——以及它們與Shubnikov-de Hass量子震蕩效應(yīng)的關(guān)系。這一新型霍爾效應(yīng)在薄膜和塊體樣品中都很普遍，特別是與這類體系中提出的許多其他現(xiàn)象不同，并不需要對(duì)化學(xué)勢(shì)進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。這些特性解釋了實(shí)驗(yàn)中廣泛觀察到的反常現(xiàn)象，并提供了具體的物理圖像，有望指導(dǎo)未來(lái)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探測(cè)，代表了拓?fù)洹⒆园l(fā)磁性和外場(chǎng)調(diào)控的三方交叉點(diǎn)上的新物性。
 

　　此前，張驍驍團(tuán)隊(duì)還在拓?fù)浒虢饘傧到y(tǒng)的表面譜學(xué)與體表耦合方面取得進(jìn)展，于今年3月在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences， PNAS)發(fā)表了題為“Surface spectroscopy and surface–bulk hybridization of Weyl semimetals”的論文。該研究重點(diǎn)關(guān)注了輸運(yùn)之外的譜學(xué)性質(zhì)，為各種典型外爾半金屬提出了一個(gè)表面附近嚴(yán)格可解的理論，統(tǒng)一處理共振表面態(tài)和體態(tài)的共存，揭示了體-表混合的缺失數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)體-表合并的邊界線周圍存在非均勻且各向異性的奇性響應(yīng)，將為深入的譜學(xué)、輸運(yùn)、光電響應(yīng)等研究提供指引，有助于探索多種拓?fù)淞孔硬牧现蟹瞧椒驳捏w-表混合物性。
 

　　圖2：(a)譜權(quán)重中共存的表面態(tài)與體態(tài)；(b)體-表合并的邊界線附近的奇性譜學(xué)信號(hào)
 

　　張驍驍于今年3月正式加入我校國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心，是中心新引進(jìn)的優(yōu)秀青年人才，主要從事理論凝聚態(tài)物理研究，在拓?fù)浜蛷?qiáng)關(guān)聯(lián)體系的量子輸運(yùn)、量子物質(zhì)的磁光激發(fā)與探測(cè)等方向已取得了系列研究成果，在國(guó)際高水平期刊發(fā)表論文近30篇。