清华物理系《科学》发文提醒拓扑诱导的磁性量
来源:办理护照网 发表于2019-07-22 22:41:55 编辑:袁隆平
摘要: 物理系《科学》发文 提醒拓扑诱导的磁性量子相变 为或许的器材使用供给了一个抱负的渠道 ? ?3月29日电 清华大学物理系的研讨人员与协作者在拓扑绝缘体

 

清华物理系《科学》发文提醒拓扑诱导的磁性量子相变

 

清华物理系《科学》发文提醒拓扑诱导的磁性量子相变

物理系《科学》发文 提醒拓扑诱导的磁性量子相变

为或许的器材使用供给了一个抱负的渠道

? ?3月29日电 清华大学物理系的研讨人员与协作者在拓扑绝缘体的研讨中获得重要发展,发现了磁性掺杂拓扑绝缘体中由能带拓扑量子相变而导致的磁性量子相变,相关效果宣布在2019年3月29日出书的美国《科学》杂志上。文章的一起榜首作者为清华大学物理系的博士研讨生张金松、常翠祖和汤沛哲。该作业是由清华大学物理系王亚愚、薛其坤、段文晖、陈曦,中科院物理所何珂、马旭村、王立莉以及清华校友、美国宾西法尼亚州立大学的刘朝星组成的研讨团队一起完成的。

图1. 不同Se含量(0 x 1)的Bi1.78Cr0.22(SexTe1-x)3薄膜在T = 1.5 K时的失常霍尔效应曲线。在x = 0.67邻近资料发作从铁磁到顺磁的量子相变,并伴跟着失常霍尔电阻符号的改动。

? 拓扑绝缘体是近年来凝聚态物理范畴最重要的前沿研讨方向之一。在拓扑绝缘体资猜中,因为存在很强的自旋轨道耦合,其电子结构会出现非平凡的拓扑特性。这使得拓扑绝缘体的外表存在着受拓扑维护的金属态,具有十分美好的物理性质,在自旋电子学和量子核算方面或许有重要的使用远景。在拓扑绝缘体中掺杂磁性元素会损坏时刻反演对称性,然后对拓扑外表态发生晦气的影响。另一方面,掺杂磁性又有或许导致许多别致的量子效应,比方量子失常霍尔效应(见3月15日的报导)和镜像磁单极子等等。拓扑与磁性的相互作用是现在拓扑绝缘体范畴备受重视的一个研讨方向,此前的作业首要会集在磁性对拓扑外表态的影响上,而较少重视电子能带结构的拓扑性质怎么影响其磁学性质。

 

图2. Bi1.78Cr0.22(SexTe1-x)3 薄膜的磁性相图,提醒了跟着Se含量的添加,在低温下存在着一个从铁磁态(FM)到顺磁态(PM)的磁性量子相变。

? 在这个研讨中,该研讨团队使用分子束外延的办法成长了高质量的Cr(铬元素)掺杂的Bi2(SexTe1-x)3(铋硒碲三元化合物)拓扑绝缘体薄膜,并在低温条件下对其磁电阻和失常霍尔效应进行了精细丈量。输运丈量结果标明,跟着Se含量的添加,系统发作了从铁磁态到顺磁态的磁性量子相变,并一起伴跟着失常霍尔电阻符号的改动。此外,在量子临界点处,能带结构丈量发现了体能带从拓扑非平凡到拓扑平凡的量子相变。密度泛函理论核算标明其物理机制是因为Se元素的自旋轨道耦合强度弱于Te元素,因此当其含量超越一个临界值时自旋轨道耦合强度不足以引起能带回转,然后进入拓扑平凡态。终究,有用模型的核算显现能带结构的拓扑相变是导致磁性相变的原动力,即拓扑非平凡的能带在低温下更倾向于构成铁磁序,而拓扑平凡的能带则倾向于构成顺磁序。

? ?在此项作业中,该研讨团队经过对资料组分的准确操控而改动自旋轨道耦合强度,然后能够自动调理拓扑绝缘体资料能带的拓扑结构,并终究诱导了一个磁性量子相变。这一发现大大加深了人们对拓扑绝缘体的拓扑性质和磁学性质的了解和调控才能,为将来寻觅由时刻反演对称性破缺而导致的奇特量子拓扑现象,以及或许的器材使用供给了一个抱负的渠道。

? ?这项研讨的成功得益于该团队成员的严密协作,特别是在样品成长、输运性质丈量和理论核算方面的有机结合,为新颖物理现象的发现和了解供给了全面而深入的信息。

?该项研讨得到国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和清华大学等的赞助。

? 布景链接:拓扑绝缘体

? ? 拓扑绝缘体是一种新的量子物态,为近几年来物理学的重要科学前沿之一。传统上固体资料能够依照其导电性质分为绝缘体和导体,其间绝缘体资料在其费米能级处存在着能隙,因此没有自在载流子;金属资料在费米能级处存在着有限的电子态密度,从而具有自在载流子。而拓扑绝缘体是一类十分特别的绝缘体,这类资料体内的能带结构是典型的绝缘体类型,在费米能级处存在着能隙,然而在该类资料的外表则总是存在着穿越能隙的狄拉克型的电子态,因此导致其外表总是金属性的。拓扑绝缘体这一特别的电子结构是由其能带结构的特别拓扑性质所决议的。

? ?拓扑绝缘体的发现和研讨从根本上改动了人们对固体资料电子结构的知道,展现了能带拓扑结构的美好性质。现在拓扑绝缘体研讨的前沿方向包含拓扑绝缘体与磁性资料和超导资料的复合系统中或许存在的别致量子现象及其在自旋电子学和拓扑量子核算方面的或许使用。

?供稿 :物理系?

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