靜水壓調(diào)控拓?fù)洳牧蟌rTe5能帶結(jié)構(gòu)研究獲進(jìn)展

　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心副研究員張警蕾與研究員田明亮課題組、浙江大學(xué)袁輝球課題組合作，在靜水壓調(diào)控拓?fù)洳牧蟌rTe5能帶結(jié)構(gòu)研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果以Disruption of the Accidental Dirac Semimetal State in ZrTe5 under Hydrostatic Pressure 為題在美國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上發(fā)表。

　　自上世紀(jì)80年代以來(lái)，層狀的ZrTe5作為一種傳統(tǒng)的熱電材料而廣受關(guān)注。最近的研究表明，單層ZrTe5是一類大能隙的二維拓?fù)浣^緣體；而由層狀ZrTe5堆積而成的三維體材料則處于三維強(qiáng)、弱拓?fù)浣^緣體相變點(diǎn)附近。另一方面，針對(duì)ZrTe5的輸運(yùn)和角分辨光電子能譜測(cè)量表明該材料屬于三維狄拉克半金屬。由于ZrTe5電子結(jié)構(gòu)對(duì)晶格參數(shù)非常敏感，因此細(xì)微的晶格參數(shù)改變都可能導(dǎo)致其在強(qiáng)、弱拓?fù)浣^緣體態(tài)、狄拉克半金屬態(tài)之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。

　　壓力是調(diào)節(jié)晶格參數(shù)最為有效的方法。利用活塞式壓力包，研究人員對(duì)ZrTe5電子態(tài)在0~2.5GPa壓力區(qū)間的演化進(jìn)行了深入研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)方向沿著晶體b軸方向時(shí)，ZrTe5的磁阻隨著壓力的增加會(huì)迅速地減小。此外，當(dāng)壓力高于2GPa時(shí)，ZrTe5的量子振蕩相位會(huì)由拓?fù)浞瞧接棺優(yōu)橥負(fù)淦接埂＿@表明靜水壓破壞了ZrTe5的“偶然”狄拉克半金屬態(tài)。另一方面，磁場(chǎng)方向沿著晶體c軸時(shí)，ZrTe5磁阻與量子震蕩幾乎不受到靜水壓的影響。對(duì)不同磁場(chǎng)方向的量子振蕩分析結(jié)果顯示，伴隨著狄拉克半金屬態(tài)的消失，ZrTe5費(fèi)米面由各向異性極強(qiáng)的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)演變成各向同性的三維結(jié)構(gòu)。這一結(jié)果有力地支持了ZrTe5的狄拉克錐具有準(zhǔn)二維特點(diǎn)。該工作對(duì)于理解ZrTe5“偶然”狄拉克半金屬態(tài)具有重要意義。

　　該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金以及合肥大科學(xué)中心等項(xiàng)目的支持。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置多功能物性測(cè)試系統(tǒng)（PPMS）設(shè)備上采集完成。

　　不同壓力下ZrTe5的（a）磁阻（b）量子振蕩（c）ZrTe5量子振蕩頻率以及有效質(zhì)量隨壓力的變化；（d）不同壓力下，ZrTe5朗道指數(shù)隨磁場(chǎng)倒數(shù)的關(guān)系。