5月17日消息，從中國科大獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心曾長淦教授研究組與王征飛教授研究組合作，首次在單元素半導(dǎo)體碲中發(fā)現(xiàn)了由外爾費(fèi)米子主導(dǎo)的手性反常現(xiàn)象以及以磁場對數(shù)為周期的量子振蕩，成功將外爾物理拓展到半導(dǎo)體體系。該研究成果日前在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

在新型量子材料中，具有特殊能帶結(jié)構(gòu)的拓?fù)洳牧弦布婢咝缕骐娮虞斶\(yùn)特性。相關(guān)研究不僅可以加深對于拓?fù)湮飸B(tài)的理解，更有望推動新型高性能電子學(xué)器件的發(fā)展。目前引起廣泛關(guān)注的外爾半金屬體系，其輸運(yùn)研究往往表現(xiàn)出超大非飽和磁阻、平行磁場下的負(fù)磁阻效應(yīng)、平面霍爾效應(yīng)等諸多特性，而表面外爾弧更是提供了高遷移率和低功耗的電子學(xué)通道。這些特性都源自費(fèi)米面附近外爾費(fèi)米子的存在。迄今為止，對于外爾費(fèi)米子以及外爾物理的研究都局限于半金屬體系。然而從器件應(yīng)用角度，半導(dǎo)體相對于半金屬有其獨(dú)特的價值。

碲是一種窄能帶半導(dǎo)體，由于空間反演對稱性破缺以及相應(yīng)的強(qiáng)自旋軌道耦合，在價帶頂附近存在能帶交叉的外爾點(diǎn)。科研人員通過物理氣相沉積法制備出高質(zhì)量碲單晶，其空穴自摻雜特性使費(fèi)米能級處于價帶頂，進(jìn)而顯著增強(qiáng)了外爾費(fèi)米子對輸運(yùn)性質(zhì)的影響。借助于合肥中科院強(qiáng)磁場科學(xué)中心以及武漢國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心的強(qiáng)磁場裝置，該團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了罕見的以磁場對數(shù)為周期的磁阻和霍爾電阻量子振蕩。這種新型量子振蕩是自相似的離散標(biāo)度不變性的體現(xiàn)，從而使外爾費(fèi)米子與異性電荷中心形成共振態(tài)形式的準(zhǔn)束縛態(tài)。

該工作首次實(shí)現(xiàn)了將新奇拓?fù)鋵傩院桶雽?dǎo)體屬性有機(jī)結(jié)合的“拓?fù)渫鉅柊雽?dǎo)體”。外爾半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計新型拓?fù)浒雽?dǎo)體器件提供了新思路。

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