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SHMFF用户在II类Weyl半金属WTe1.98研究方面取得新进展
2017-03-13| 作者:张蕾 | 【 【打印】【关闭】

稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户南京大学借助SHMFF变温X射线衍射仪(XRD)设备,对费米面经过精确调控的II类Weyl半金属WTe1.98中的各向异性Adler-Bell-Jackiw(ABJ)反常效应进行了深入研究并取得新进展。该研究成果以“Experimental Observation of Anisotropic Adler-Bell-Jackiw Anomaly in Type-II Weyl Semimetal WTe1.98 Crystals at the Quasiclassical Regime”为题,发表在国际期刊《物理评论快报》上 (Physical Review Letters 118, 096603 (2017); doi: 10.1103/PhysRevLett.118.096603)。

ABJ反常现象是一种产生于量子涨落下无质量的Weyl费米子螺旋对称性破缺的奇异现象。此前,ABJ反常现象主要在高能粒子物理中被观测到,但最近在Weyl半金属(如TaAs,NbAs和TaP等)中也观测到该现象。理论预言,在II类Weyl半金属中,由于费米面上的费米弧,造成的一个突出特性就是具有各向异性的输运性质,如各向异性的ABJ反常现象。因此在II类Weyl半金属中,当外磁场和电场平行时,就能观测到ABJ反常引起的负磁阻效应。当磁场不平行于电场或者温度高于阈值温度时,这一负磁阻效应就会消失。目前,角分辨光电子谱实验宣称在II类Weyl半金属中观测到了费米弧。最近,科研人员在厚度仅几个原子层的WTe2层状材料中,通过电场调控,观测到沿b方向的负磁阻效应。一个很自然的问题是:能否把电子掺入WTe2晶体中,从而直接观测到ABJ反常现象?显然,电子掺杂的WTe2可能具有永久性的ABJ反常现象而无需电场条件。

在本工作中,南京大学的研究人员借助SHMFF变温X射线衍射仪(XRD)设备,在费米面经过精确调控的WTe1.8晶体样品中,发现了II类Weyl半金属中的各向异性ABJ反常效应的证据。

首先,通过调节Te的含量实现对WTe2的电子掺杂,从而达到对费米面的精确调控。其次,通过精确的实验测量,在WTe1.98晶体样品的费米能级中观测到了各向异性的ABJ反常现象。CW是一个定量表征沿a和b轴方向ABJ反常的参数,在WTe1.98单晶样品中,当温度T=2K时,沿着不同方向的CW值分别为0.030和0.051 T-2。同时,通过变温XRD确定不同温度的晶格参数,从而确定不同温度的晶体结构。

依据不同温度下的晶体结构,对材料进行第一性原理计算,从而对实验现象和物理机制进行了深入的解释。研究发现,对温度敏感的ABJ反常现象归因于II类Weyl半金属到平庸金属的相变。理论电子输运研究揭示,WTe1.98中沿着a和b方向的各向异性的ABJ反常现象归因于准经典区域的电输运。这一工作可能预示着电子掺杂的WTe2是一个研究II类Weyl半金属奇异性质的理想体系。

文章链接:http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.096603

稳态强磁场实验装置中的变温X射线衍射仪可进行低温、高温下晶体结构的X射线衍射谱测量,其低温范围为15K-300K,高温范围为300K-1700K,测角仪角度范围为0.1°到140°,角度分辨率为1/10000°。  

 

  图:(a)WTe1.98在温度35K的X射线衍射谱;(b)WTe1.98的晶格参数随温度的变化。

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