【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】探索第二類外爾半金屬材料并研究其中奇異物性是目前拓?fù)淞孔游锢硌芯恐惺艿綇V泛關(guān)注的領(lǐng)域之一。理論預(yù)言二磷化鎢WP2是第二類外爾半金屬。因?yàn)閃P2中磷原子和過渡族金屬鎢原子之間較大的電荷密度分布差異導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性難以通過X射線衍射來直接確定，所以作為WP2第二類外爾半金屬態(tài)出現(xiàn)的前提條件之一的空間反演對(duì)稱性破缺有待實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。此外，WP2的晶體ac面內(nèi)電阻率的各向異性隨溫度的變化還未被實(shí)驗(yàn)研究，并且其晶體ac面內(nèi)電阻率的各向異性能否被磁場(chǎng)調(diào)控尚不清楚。
 

　　拓?fù)淞孔佑?jì)算是近十幾年發(fā)展起來的一門新穎的交叉學(xué)科，涉及到量子計(jì)算，拓?fù)鋵W(xué)，拓?fù)淞孔訄?chǎng)論，以及含拓?fù)湫虻哪蹜B(tài)物理等。拓?fù)淞孔佑?jì)算利用多體系統(tǒng)中的拓?fù)淞孔討B(tài)來存儲(chǔ)和操控量子信息，具有內(nèi)在的容錯(cuò)能力，給量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)帶來了希望，也促進(jìn)了我們對(duì)物質(zhì)拓?fù)淞孔有袨榈奶剿鳌?br /> 

　　中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室EX1組特聘研究員諶志國(guó)指導(dǎo)博士生蘇博、聯(lián)培碩士生侯延輝與合作者開展了WP2的空間反演對(duì)稱性和其ac面內(nèi)電阻率各向異性的研究。他們利用轉(zhuǎn)角線偏振拉曼光譜測(cè)得WP2中拉曼活性聲子的能量以及聲子峰強(qiáng)與晶體a軸和入射光電場(chǎng)方向之間夾角的關(guān)系均與第一性原理計(jì)算其空間反演對(duì)稱性破缺的晶體結(jié)構(gòu)(空間群Cmc21)得到的結(jié)果一致。拉曼光譜實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果之間的一致表明WP2晶體結(jié)構(gòu)的空間反演對(duì)稱性破缺，支持WP2中存在外爾半金屬態(tài)。
 

　　拉曼光譜(Raman spectra)，是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼(Raman)所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。
 

　　一般而言，晶體結(jié)構(gòu)的特征與其電子性質(zhì)密切相關(guān)，故他們進(jìn)一步研究了WP2在不同溫度和不同磁場(chǎng)下的ac面內(nèi)電阻率各向異性。低溫電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)果表明當(dāng)溫度在100 K – 200 K之間，WP2的面內(nèi)電阻率各向異性表現(xiàn)出較弱的溫度依賴，電流分別沿其晶體c軸和a軸的電阻率Rc/Ra的比值約為1.6；但當(dāng)溫度低于100 K時(shí)，面內(nèi)電阻率各向異性陡然增大，在溫度為10 K時(shí)Rc/Ra ≈ 8.0。進(jìn)一步的電輸運(yùn)測(cè)量表明，對(duì)WP2施加垂直于其ac面的磁場(chǎng)，可以調(diào)控其面內(nèi)電阻率各向異性的大小，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到9 T時(shí)，其面內(nèi)電阻率比值Rc/Ra可增大至約10.6。因此，在載流子濃度為1021 cm-3的已知第二類外爾半金屬(如MoTe2和TaIrTe4)中，WP2呈現(xiàn)出大的面內(nèi)電阻率各向異性。為探究WP2面內(nèi)電阻率各向異性在低溫陡增的原因，他們測(cè)量了其在低溫下的線偏振紅外反射光譜。
 

　　紅外光譜對(duì)樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測(cè)。此外，紅外光譜還具有測(cè)試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)常用和不可缺少的工具。紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。
 

　　紅外光譜測(cè)量結(jié)果表明，隨著溫度的降低，WP2的載流子濃度和有效質(zhì)量均表現(xiàn)出較弱的溫度依賴，但其ac面內(nèi)散射率各向異性在溫度100 K以下突然增強(qiáng)，且與面內(nèi)電阻率各向異性隨溫度變化的情況一致。因金屬的電阻率R一般由其載流子濃度n，載流子有效質(zhì)量m*和散射率τ決定：R = m*/(e2nτ)， 故WP2的低溫線偏振光譜結(jié)果說明其面內(nèi)電阻率各向異性在低溫的陡然增大來源于其面內(nèi)散射率各向異性的突然增強(qiáng)。以上研究工作為將來利用第二類外爾半金屬的電阻率各向異性發(fā)展新型電子元器件打下了基礎(chǔ)。
 

　　第二類外爾半金屬是外爾半金屬概念的推廣，其特征是在外爾點(diǎn)附近的狄拉克錐是傾斜的，因此相應(yīng)的電子色散關(guān)系在外爾點(diǎn)附近不滿足洛倫茨變換對(duì)稱性。理論上預(yù)言第二類外爾半金屬有二個(gè)實(shí)驗(yàn)特征：(1)外爾點(diǎn)附近傾斜的電子色散關(guān)系；(2) 各向異性的負(fù)磁阻，即在ab-面僅有一個(gè)方向上存在由于ABJ-效應(yīng)導(dǎo)致的負(fù)磁阻。WTe2是第一個(gè)理論預(yù)言的第二類外爾半金屬材料。
 

　　資料來源：物理研究所、百科