近日，我院杭州市量子物质重点实验室李玉科博士等人在二元化合物TaSb2材料的量子输运性质方面取得重要进展，他们的实验研究论文“拓扑半金属TaSb2的电阻平台和负磁阻行为” (Resistivity plateau and negative magnetoresistance in the topological semimetal TaSb2 )和理论计算论文 “过渡金属XPn2 型化合物的电子结构” (Electronic structures of transition metal dipnictides XPn2 (X=Ta, Nb; Pn=P, As, Sb) 在物理学权威杂志《物理评论B》(Physical Review B)分别作为快讯 (Rapid communication, IF = 5.1) 和正规文章(Regular article, IF = 3.6)发表。

近年来，以拓扑绝缘体为代表的拓扑材料引起了人们的极大关注。通常的拓扑绝缘体体内具有能隙，是绝缘的，但其表面具有狄拉克(Dirac)型载流子，可以导电，从而表现出奇特的输运性质和磁电效应。拓扑绝缘体的这些性质来源于其电子结构独特的拓扑学性质，理论上，具有拓扑非平庸电子结构的材料当然不限于绝缘体，但发现并确认这些材料的拓扑特征是这一领域中的挑战性课题。2015年，中国科学院物理研究所翁红明、方忠、戴希团队从理论上预言非中心对称11-型TaAs体系可能出现一种新的拓扑电子态---即外尔(Weyl)半金属，这一预言很快就被实验所证实。外尔半金属具有拓扑非平庸的能带结构，被称为是“三维的石墨烯”，不仅在基础研究方面具有重要地位，而且在器件应用方面有潜在价值。特别是当外加磁场平行于电场时，材料出现负磁阻现象，这被认为是由手性相反的Dirac (Weyl) 锥引起一种内禀量子效应（即手征反常）的直接证据。外尔半金属的发现被英国物理学会主办的《物理世界》(Physics World)评为“2015年物理学十大突破”之一。

李玉科博士和同事许晓峰博士、曹超教授、戴建辉教授、中科院强磁场中心郗传英博士等人合作，依托我校量子物质重点实验室平台，成功合成出一种新材料，即中心对称12-型TaSb2单晶体化合物。通过对多个晶体样品反复测试，他们发现这一材料不仅具有低载流子浓度、超高载流子迁移率、巨磁阻效应、量子震荡等通常半金属材料的特征，还具有类似拓扑绝缘体的饱和电阻平台以及类似外尔半金属的负磁阻行为。他们通过对量子震荡行为的拟合，推断其具有拓扑非平庸的Berry相位。他们还结合第一性原理计算，发现其电子结构既具有Dirac锥，又有体态载流子，类似于掺杂弱拓扑绝缘体。这一系列实验和计算结果确认该材料属于一类新的拓扑半金属材料，并对低温电阻平台和负磁阻等输运现象的传统理论解释提出了挑战。该研究成果在预印本网站公布 (arxiv: 1601.02062) 之后，立刻引起了国内外学者的关注和引用。由于该研究成果的创新性和前沿性，李玉科博士在今年的《强关联电子系统国际大会》上因此荣获 “最佳Poster” 奖 (如图)。

 本工作得到了国家自然科学基金(11274006，11274084)、973项目基金 (2014CB648400)、以及中科院合肥强磁场中心的大力支持。

文章链接：

[1] https://a397d5726bfea6381bf48d983992cffcelksslauthserver.casb.hznu.edu.cn/abs/1601.02062

[2] https://da9f033b6a5218460d51016a66ebece1elksslauthserver.casb.hznu.edu.cn/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.94.121115

[3] https://da9f033b6a5218460d51016a66ebece1elksslauthserver.casb.hznu.edu.cn/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.93.195106

[4] 会议链接 https://ea47d014bafc25e0e3e0c95985fcbfdeelksslauthserver.casb.hznu.edu.cn/