【儀表網 研發快訊】近日，《物理評論快報》(Physical Review Letters)正式刊發了國家脈沖強磁場科學中心張驍驍教授團隊在拓撲半金屬系統磁輸運方面的研究成果，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，日本理化學研究所Naoto Nagaosa教授為共同通訊作者。
 

　　霍爾效應及相關的磁輸運一直是固體系統中新物理的重要來源。近年來，拓撲量子材料的涌現顯著激發了相關的輸運研究，拓撲半金屬正是其在三維空間的代表，具有類似于高能相對論性粒子的線性色散及獨特的電子拓撲行為。沒有外加磁場時，其表面態可產生作為磁性拓撲半金屬標志的反?；魻栃＿@類破壞時間反演對稱性的系統在理論上被預測，并在Mn3Sn、GdPtBi、Co3Sn2S2、PrAlSi等材料中進行了實驗研究。霍爾磁輸運通常被分解為對磁場線性依賴的普通霍爾效應和由自發磁化引起的反?；魻栃?。然而，實驗中卻經常發現非單調和非線性的霍爾信號，與以上簡化但廣為接受的圖像相矛盾，至今未有明確的物理機制與理解。這是一種單純的現象學上的巧合，還是由于各種材料背后隱藏著一些共同機制，值得科研人員進行進一步研究。
 

　　圖1：(a)典型拓撲半金屬中的貝里曲率與外加磁場；(b)外磁場下非單調的霍爾效應
 

　　本工作通過微觀理論計算嘗試回答了這一問題，在拓撲半金屬中提出了一個系統性的具有非單調外磁場依賴的新型霍爾效應，結合了內在的時間反演對稱破缺的拓撲以及外場誘導的磁量子效應。該研究發現了兩種相關的機制——朗道能級彎曲和手性朗道能級移動——以及它們與Shubnikov-de Hass量子震蕩效應的關系。這一新型霍爾效應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象不同，并不需要對化學勢進行精細調節。這些特性解釋了實驗中廣泛觀察到的反?，F象，并提供了具體的物理圖像，有望指導未來進一步的實驗探測，代表了拓撲、自發磁性和外場調控的三方交叉點上的新物性。
 

　　此前，張驍驍團隊還在拓撲半金屬系統的表面譜學與體表耦合方面取得進展，于今年3月在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences， PNAS)發表了題為“Surface spectroscopy and surface–bulk hybridization of Weyl semimetals”的論文。該研究重點關注了輸運之外的譜學性質，為各種典型外爾半金屬提出了一個表面附近嚴格可解的理論，統一處理共振表面態和體態的共存，揭示了體-表混合的缺失數學結構，發現體-表合并的邊界線周圍存在非均勻且各向異性的奇性響應，將為深入的譜學、輸運、光電響應等研究提供指引，有助于探索多種拓撲量子材料中非平凡的體-表混合物性。
 

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

　　張驍驍于今年3月正式加入我校國家脈沖強磁場科學中心，是中心新引進的優秀青年人才，主要從事理論凝聚態物理研究，在拓撲和強關聯體系的量子輸運、量子物質的磁光激發與探測等方向已取得了系列研究成果，在國際高水平期刊發表論文近30篇。