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                  陳鋼課題組在拓撲半金屬以及強自旋軌道耦合關聯AG平台方向取得進展
                  發佈時間: 2018-12-05     文章作者:     訪問次數: 1515

                  近日aaa,我係陳鋼教授課題組研究了燒綠石銥氧化物Pr2Ir2O7中巡遊電子和局域磁矩間的相互作用aaaa,從理論上預言了該材料中豐富且非平凡的能帶拓撲性質aaa,爲研究混合量子材料中多重自由度間的相互影響及調控照亮了道路aaa。相關研究論文將以“Pr2Ir2O7: when Luttinger semimetal meets Melko-Hertog-Gingras spin ice state”爲題aaaa,在《AG平台評論X》(Physical Review Xaaa,https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.041039)發表aaaaa。文章作者爲我係研究生姚旭平和陳鋼教授aaa。其中姚旭平爲論文第一作者aaaa。

                    

                  自拓撲絕緣體的提出與發現開始aaaaa,學術界對電子能帶拓撲的研究興趣日益高漲aaa。Bi2Se3等材料中反常量子霍爾效應正是這一領域里程碑式的發現aaaaa。在這一體系中aaaa,拓撲絕緣體表面的Dirac電子因鐵磁性摻雜而打開能隙aaa,這導致價帶擁有非平庸的陳數aaaaa,從而形成支持量子化霍爾輸運的手徵邊緣態aaa。從另一個角度來看aaaaa,Dirac型的巡遊電子和鐵磁性的局域磁矩均是相對簡單的aaa,然而二者的相互作用卻產生了奇特的反常量子霍爾效應aaaaa。量子材料中近自由電子之外的自由度能否對電子能帶進行有效的調控aaa,他們間的相互作用能否產生更加非平凡的現象aaaa?

                    

                  受上述問題啓發aaaa,陳鋼課題組對鐠基燒綠石銥氧化物Pr2Ir2O7進行了研究aaa。實驗上aaaaa,這一材料在零溫極限下仍然保持金屬性aaa,近期的研究顯示銥提供的5d傳導電子在布里淵區原點表現爲二次型能帶接觸aaaaa,半滿填充下費米麪穿過能帶接觸點形成所謂Luttinger半金屬aaa。而鐠提供的4f局域磁矩在燒綠石晶格上構成一種特殊的自旋冰構型aaa,此構型最早由Melkoaaaa,HertogGingras研究並得名aaa。該課題組先前的工作指出aaa,這一特殊的自旋冰構型可以通過一個量子相變與著名的U(1)自旋液體相聯繫aaaa。

                    

                  Pr2Ir2O7中局域磁矩對傳導電子的影響爲探究兩種自由度間的相互耦合提供了自然的平臺aaaa。該工作預言aaaa,鐠的伊辛型磁序等效於一個內稟的磁場重構了銥電子能帶aaaaa。具體來說aaaa,後者在布里淵區原點的四重兼併被解除aaaa,在費米麪乃至及整個布里淵區附近產生大量Weyl點aaaaa。除此之外aaaaa,鐠MHG自旋態的磁平移操作對稱性保護了銥電子在一些特殊的時間反演不變動量點上形成的Dirac型兼併aaaa。儘管在外加磁場作用下aaaa,Dirac型兼併因對稱性消失而解除aaa,受拓撲保護的Weyl點卻得以留存僅改變相對位置aaaaa。進一步地aaaaa,人爲地調控磁場可以改變鐠的磁構型aaaaa,進而間接影響銥的傳導電子aaaa,實現在不同拓撲相之間的量子調控aaa。

                    

                  作者們提議了包括角分辨光電子能譜(ARPES)aaaaa,光學測量以及磁輸運測量在內的多種實驗手段來檢驗理論預言aaa。實驗材料也不僅限於Pr2Ir2O7aaa,而是可以拓展到諸如半Hesuler化合物RGeXRe=稀土元素aaaa,X=Si/Ge)和稀土磷族化合物CeSb在內的具有類似局域磁矩和巡遊電子的體系中aaa。這項工作有助於人們加深對量子材料中多重自由度間相互作用的理解aaa,並激發這一領域更多的研究興趣aaa。

                    

                  該項研究得到了科技部aaaa,復旦大學啓動基金和一流大學建設基金aaaaa,以及國家青年千人計劃的共同資助aaaaa。




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