我科学家发现新一类半金属

从中科院强磁场科学中心获悉，该中心田明亮研究员课题组通过对层状结构的PtBi2在40特斯拉高磁场下的量子输运特性测量及第一性原理能带计算研究，发现层状结构的PtBi2是新一类三重简并拓扑半金属，相关研究成果日前在线发表在《自然·通讯》上。
拓扑半金属材料具备奇异的磁输运性质，如手性负磁阻、巨磁电阻、极高的载流子迁移率等特点，在未来低能耗电子学器件应用上具有重要价值，因而成为国际凝聚态物理研究的前沿和热点研究方向之一。
此前实验发现的拓扑半金属材料有三种，分别为狄拉克(Dirac)半金属、外尔(Weyl)半金属、节线(nodal-line)半金属，且三种材料中包含的准粒子均为四重或两重简并费米子，即在同一个能级态同时存在两种或者四种半奇数自旋数。但是目前人们仅在钨—碳型材料WC和MoP中确认存在三重简并费米子。
科研人员制备了高质量的具有三角格子特征的层状PtBi2单晶样品，利用稳态强磁场实验装置的水冷磁体和混合磁体对其磁输运性质进行了详细表征研究，并进一步利用第一性原理方法研究了层状PtBi2的能带结构。结果表明，层状结构的PtBi2是新一类三重简并拓扑半金属，且具有两大特点，一是相对于WC和MoP两种材料，PtBi2的三重简并点离费米面较近，可直接对应为新奇费米子的特性。二是层状PtBi2易于解理，在制备器件方面具有天然优势，这对制备小尺寸微纳器件及性能的调控具有重要的应用潜力。
这项研究工作对促进人们认识电子拓扑物态，发现新奇物理现象，开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质具有重要的意义。