外尔半导体实验获进展

 
 
外尔半导体尝试获希望  
 

在新型量子质料中，具有非凡能带布局的拓扑质料也兼具新奇电子输运特性。相关研究不只可以加深对付拓扑物态的领略，更有望敦促新型高机能电子学器件的成长。一个典范的代表是今朝引起遍及存眷的外尔半金属体系，其输运研究往往表示出超大非饱和磁阻、平行磁场下的负磁阻效应、平面霍尔效应等诸多特性，而外貌外尔弧更是提供了高迁移率和低功耗的电子学通道。这些特性都源自费米面四周外尔费米子的存在。

迄今为止，对付外尔费米子以及外尔物理的研究都范围于半金属体系。然而从器件应用角度，半导体相对付半金属有其奇特的代价。克日，中国科学技能大学合肥微标准物质科学国度研究中心国际成果质料量子设计中心和物理系中科院强耦合量子质料物理重点尝试室传授曾长淦研究组与传授王征飞研究组尝试与理论相助，首次在单位素半导体碲中发明白由外尔费米子主导的手性变态现象以及以磁场对数为周期的量子振荡，乐成将外尔物理拓展到半导体体系。该研究成就克日在线颁发于美国《国度科学院院报》。

碲是一种窄能带半导体，由于空间反演对称性破缺以及相应的强自旋轨道耦合，在价带顶四周存在能带交错的外尔点。该团队通过物理气相沉积法制备出高质量碲单晶，其空穴自掺杂特性使费米能级处于价带顶，进而显著加强了外尔费米子对输运性质的影响。低温输运研究进一步展现了碲单晶表示出由于手性变态导致的典范磁输运特征，包罗磁场平行于电流偏向时的负磁阻效应，以及磁场在样品平面时产生的平面霍尔效应。借助合肥中科院强磁场科学中心以及武汉国度脉冲强磁场科学中心的强磁场装置，该团队更进一步发明白稀有的以磁场对数为周期的磁阻和霍尔电阻量子振荡。这种新型量子振荡是自相似的离散标度稳定性的浮现，可以归因于碲晶体中风雅布局常数（7.5）远大于真空取值（1/137）从而使外尔费米子与异性电荷中心形成共振态形式的准束缚态。

该事情首次实现了将新奇拓扑属性和半导体属性有机团结的“拓扑外尔半导体”。假如把费米能级从价带调到能隙，会产生金属—绝缘体转变，并陪伴拓扑非平庸态到平庸态的转变，这一外尔半导体独占的特性不存在于外尔半金属。外尔半导体的发明为设计新型拓扑半导体器件提供了新思路。

相关论文信息：https://www.pnas.org/content/early/2020/05/11/2002913117

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