5月17日消息，從中國科大獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心曾長淦教授研究組與王征飛教授研究組合作，首次在單元素半導(dǎo)體碲中發(fā)現(xiàn)了由外爾費米子主導(dǎo)的手性反常現(xiàn)象以及以磁場對數(shù)為周期的量子振蕩，成功將外爾物理拓展到半導(dǎo)體體系。該研究成果日前在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

在新型量子材料中，具有特殊能帶結(jié)構(gòu)的拓撲材料也兼具新奇電子輸運特性。相關(guān)研究不僅可以加深對于拓撲物態(tài)的理解，更有望推動新型高性能電子學(xué)器件的發(fā)展。目前引起廣泛關(guān)注的外爾半金屬體系，其輸運研究往往表現(xiàn)出超大非飽和磁阻、平行磁場下的負磁阻效應(yīng)、平面霍爾效應(yīng)等諸多特性，而表面外爾弧更是提供了高遷移率和低功耗的電子學(xué)通道。這些特性都源自費米面附近外爾費米子的存在。迄今為止，對于外爾費米子以及外爾物理的研究都局限于半金屬體系。然而從器件應(yīng)用角度，半導(dǎo)體相對于半金屬有其獨特的價值。

碲是一種窄能帶半導(dǎo)體，由于空間反演對稱性破缺以及相應(yīng)的強自旋軌道耦合，在價帶頂附近存在能帶交叉的外爾點。科研人員通過物理氣相沉積法制備出高質(zhì)量碲單晶，其空穴自摻雜特性使費米能級處于價帶頂，進而顯著增強了外爾費米子對輸運性質(zhì)的影響。借助于合肥中科院強磁場科學(xué)中心以及武漢國家脈沖強磁場科學(xué)中心的強磁場裝置，該團隊更進一步發(fā)現(xiàn)了罕見的以磁場對數(shù)為周期的磁阻和霍爾電阻量子振蕩。這種新型量子振蕩是自相似的離散標度不變性的體現(xiàn)，從而使外爾費米子與異性電荷中心形成共振態(tài)形式的準束縛態(tài)。

該工作首次實現(xiàn)了將新奇拓撲屬性和半導(dǎo)體屬性有機結(jié)合的“拓撲外爾半導(dǎo)體”。外爾半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計新型拓撲半導(dǎo)體器件提供了新思路。

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