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进展 | 强磁场下红外光谱研究ZrTe5体态能带反转取得进展
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时间: 2017-12-30 浏览量: 287

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ZrTe5是一种兼具一维链状和二维层状结构特点的van der Waals材料。理论预言该材料的三维晶体为拓扑绝缘体(见H. Weng et al., Phys. Rev. X 5, 011029 (2015))。为进一步实验确认ZrTe5是否为拓扑绝缘体,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)极端条件物理重点实验室EX1组谌志国“百人计划”特聘研究员与北京大学量子材料科学中心王楠林教授、美国Brookhaven国家实验室顾根大教授、李强教授、武汉大学物理科学与技术学院余睿教授等人合作,利用强磁场下红外光谱研究了ZrTe5体态朗道能级间跃迁的光学响应。他们在ZrTe5的相对透射谱(磁场下透射率相对于零磁场透射率T(B)/T(B0))中观察到一系列带内和带间朗道能级跃迁的吸收特征。当磁场较小时(B ≤ 4 T),测得的带内和带间跃迁能量线性依赖于磁场的根号,且带间朗道能级跃迁能量线性外延至零磁场时不为零。此外,ZrTe5在零磁场下的光学吸收系数线性依赖于光子能量,但在低能量范围偏离了与光子能量的线性关系。这些均表明ZrTe5中存在能带色散为准线性的三维有质量Dirac费米子。利用三维有质量Dirac费米子模型拟合朗道能级跃迁能量与磁场间的关系得到ZrTe5中色散均为准线性的导带和价带间的能隙约为10 meV。当磁场足够高时,ZrTe5中的塞曼效应不可忽略,其朗道能级跃迁对应的吸收特征发生劈裂。通过研究强磁场下与两个第零朗道能级相关的光学跃迁能量和磁场的关系,他们发现:


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悠洋棋牌该工作得到了中国科学院“率先行动”百人计划、科技部国家重点研发计划(项目号2016YFA0300600),国家自然科学基金(项目号11120101003和11327806)和科技部973项目(项目号2012CB821403)等项目的支持。该研究相关成果通过直接投稿(Direct Submission)发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)【Zhi-Guo Chen*, R. Y. Chen, R. D. Zhong, John Schneeloch, C. Zhang, Y. Huang, Fanming Qu, Rui Yu, Q. Li, G. D. Gu and N. L. Wang*, “Spectroscopic evidence for bulk-band inversion and three-dimensional massive Dirac fermions in ZrTe5”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, 816-821 (2017)】。

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