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中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員楊昭榮與南京大學(xué)教授孫建、萬(wàn)賢綱以及北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊文革等組成的合作研究團(tuán)隊(duì)，在拓?fù)渫鉅柊虢饘俨牧蟃aAs的量子序調(diào)控研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果以Pressure-Induced New Topological Weyl Semimetal Phase in TaAs 為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letter）雜志上。
伴隨著拓?fù)浣^緣體的發(fā)現(xiàn)，材料的拓?fù)涮匦砸约靶缕媪孔有?yīng)在過(guò)去的十年里受到了廣泛的關(guān)注和研究，拓?fù)潆娮硬牧霞易逡矎膠ui初的拓?fù)浣^緣體逐漸擴(kuò)展到狄拉克半金屬和外爾半金屬等。外爾半金屬具有表面態(tài)費(fèi)米弧、手性反常導(dǎo)致的負(fù)磁阻等新奇物理性質(zhì)，在低能耗電子器件、量子計(jì)算等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2015年，非中心對(duì)稱(chēng)的TaAs家族被理論預(yù)言并成為*實(shí)驗(yàn)證實(shí)的外爾半金屬體系，這類(lèi)材料常壓下為四方結(jié)構(gòu)，其三維布里淵區(qū)內(nèi)有24個(gè)外爾點(diǎn)，它們處在兩個(gè)不同能級(jí)之上。壓力作為一種潔凈的維度，直接作用于晶格自由度，是調(diào)節(jié)量子相變、誘導(dǎo)新物態(tài)的一個(gè)直接途徑。因而，壓力下材料的拓?fù)涮匦匀绾窝莼坏兄谕鉅柊虢饘傥锢肀举|(zhì)的研究，同時(shí)也將為設(shè)計(jì)新的拓?fù)潆娮硬牧咸峁┬滤悸贰?/span>
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論分析并結(jié)合高壓下的電輸運(yùn)測(cè)量和同步輻射X射線(xiàn)衍射等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)TaAs單晶高壓下的物理行為進(jìn)行了詳細(xì)研究(壓力zui高達(dá)到54GPa)。理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果一致表明，TaAs常壓四方I41md結(jié)構(gòu)中處在兩個(gè)不同能級(jí)上的24個(gè)外爾點(diǎn)在低壓區(qū)可以穩(wěn)定存在。當(dāng)壓力超過(guò)14GPa后，新的高壓六方相P-6m2出現(xiàn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，該高壓六方相屬于一類(lèi)新型拓?fù)浒虢饘?，它只擁?2個(gè)外爾點(diǎn)并位于相同能級(jí)之上，因而相比于常壓相而言能帶結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。卸壓同步輻射X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這個(gè)新型拓?fù)浒虢饘傧嗫梢苑€(wěn)定保留至常壓，這為以后在常壓下進(jìn)一步研究這個(gè)新型外爾半金屬相提供了可能。
高壓下的電輸運(yùn)測(cè)量部分實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)磁場(chǎng)中心的高壓-強(qiáng)磁場(chǎng)-低溫綜合測(cè)量系統(tǒng)上完成。強(qiáng)磁場(chǎng)中心助理研究員周永惠、南京大學(xué)博士生陸鵬超和杜永平、強(qiáng)磁場(chǎng)中心副研究員朱相德為該文共同*作者，上述研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、“973”計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。該工作合作單位還包括中科院合肥研究院固體物理研究所、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及南京大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心。
圖：(a) TaAs晶體高壓下各種可能結(jié)構(gòu)相的焓值計(jì)算；(b)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的TaAs晶胞體積-壓力關(guān)系曲線(xiàn)；(c) TaAs高壓六方相P-6m2*布里淵區(qū)的外爾點(diǎn)分布示意圖；(d) TaAs單晶中絕緣-金屬轉(zhuǎn)變溫度TM-I，1.8K和300K電阻隨壓力變化的曲線(xiàn)；(e) TaAs單晶不同壓力下的等溫(4.5K)磁阻曲線(xiàn)，其中，虛線(xiàn)代表線(xiàn)性擬合結(jié)果，箭頭代表偏離線(xiàn)性行為的特征磁場(chǎng)。
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