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外尔费米子与铁磁自旋波共舞研究获进展_科技频道_东方

发布日期:2020-09-23 00:53   来源:未知   阅读:

首个实验确认的磁性外尔半金属Co3Sn2S2于2018年被提出,并被相关谱学实验证实。目前,Co3Sn2S2已经成为磁性拓扑物理前沿研究的一个重要平台。Co3Sn2S2属于Shandite化合物,其中Co原子构成层状kagome结构,具有c方向极化的面外铁磁序,磁矩强度为0.3 μB/Co,居里温度约为175 K。能带拓扑结构中,有三对外尔费米点靠近费米能级(图1)。由于外尔费米子可当作是动量空间的赝磁场??贝利曲率的磁单极子,它们将影响实空间中电子的运动,譬如产生内禀反常霍尔效应等。拓扑效应主导的内禀反常霍尔电导能抵御材料缺陷和外部热扰动的破坏,具有很高的稳定性,有利于量子器件的应用。在磁性外尔半金属中,内禀反常霍尔电导与一对手性相反的外尔费米子在动量空间的间距基本成正比,并与外尔费米子到费米能级的远近有关。磁性状态的变化能够影响电子结构,进而使得外尔费米子的位置和能量产生变化。可以预想,当材料中有序排列的磁矩因集体运动产生自旋波时,内部的外尔费米子也将随之被扰动,从而使得反常霍尔电导受到影响。反过来说,外尔费米子作为动量空间的磁单极子,借助系统的自旋-轨道耦合效应,其中的自旋波色散也将受其影响,体现为材料中自旋波的刚度(或斜率)和能隙的温度依赖行为与外尔费米子有内在关联(图2)。

外尔半金属的费米面有且仅有孤立的能带交叉点构成,因而其低能激发的准粒子可以用描述外尔费米子的外尔方程来刻画,具有外尔费米子的零质量、确定手性等特征。虽然自由粒子形式的外尔费米子至今未能被实验确认,但在外尔半金属中却能够实现外尔费米子形式的准粒子,这为研究外尔费米子的行为提供了新途径。固体中的外尔费米子准粒子还具有不同于真空中真实粒子的独特物理性质和新奇现象,譬如费米弧和手性反常导致的磁阻效应、内禀反常霍尔效应、三维量子霍尔效应等。因此,首个非磁性外尔半金属TaAs家族材料的发现具有重要科学意义,推动了外尔半金属的研究进展。另一类破坏时间反演对称性的磁性外尔半金属在近期也得到了材料实现和密切研究。

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