您当前的位置: 首页> 研究成果

2016年代表性工作之三:在金属碱土单质中发现拓扑狄拉克节线量子态

信息来源:SYNL        更新时间:2017/5/9


金属单质铍具有十分罕见的性质,不但极轻高强,而且是优异的等离子体面向材料。与绝大多数其它金属单质不同,其表面态严重偏离近自由电子模型,并伴随着强电-声耦合效应和巨大的反常弗里德尔振荡。在过去的六十多年里,对金属铍奇异表面性质的机理探索从未停止,并引起了长期的争论。

国家实验室工作人员研究表明,其特殊的表面电子能带结构来源于体材料中的拓扑狄拉克节线量子态。该类新的量子态是金属能带在费米能级附近线性交叉,在动量空间形成连续闭合的曲线,在(0001)表面的投影是一个闭合的圆,圆内则出现受体态保护半占据的拓扑非平庸能带,在费米能处出现极高的态密度。令人吃惊的是,这条拓扑非平庸的表面态从上个世纪八十年代起就先后被国际上诸多研究团队实验观察到,但当时其产生机理并未被揭示。基于拓扑狄拉克节线这个认识,金属铍的诸多特殊现象可以得到完美的解释,解决了长久以来困扰人们的科学谜题。

另外,这一发现也证实了拓扑狄拉克节线量子态的存在。近几年在实际材料中寻找这种新的量子态成为广受关注的热门领域,虽然科学家先后在很多材料中预测存在这种量子态,但均未被实验验证。新结果证实了这种量子态诱发的拓扑非平庸表面态,为拓扑狄拉克节线量子态的存在提供了强有力的证据。

同时,研究还进一步发现该类型量子态也存在于镁、钙和锶等碱土金属单质中,理论结果也与实验吻合。这一特殊性质的发现打开了探索系列金属单质新奇拓扑性质的新方向。

上述研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 117  (2016) 096401。

Fig. 1: Dirac node lines in hcp Be (a) and fcc Ca (b). (c) DFT-derived Fermi surface highlighting a surface state of a fully closed circle around the centered Γ point in the Brillouin zone. (d) and (e) The ARPES experimentally measured Fermi surfaces (see Phys. Rev. B, 72 (2005) 165414). (f) The STM experimentally observed anomalously large Friedel oscillations on the Be (0001) surface(see Science, 275 (1997)  1765).


Researcher
Developed by SYNL. Copyright © 沈阳材料科学国家(联合)实验室. 辽ICP备05005387号-9