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，首次在單元素半導體碲中發(fā)現(xiàn)了由外爾費米子主導的手性反常現(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體體系。該研究成果日前在線發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。

在新型量子材料中，具有特殊能帶結(jié)構(gòu)的拓撲材料也兼具新奇電子輸運特性。相關(guān)研究不僅可以加深對于拓撲物態(tài)的理解，更有望推動新型高性能電子學器件的發(fā)展。目前引起廣泛關(guān)注的外爾半金屬體系，其輸運研究往往表現(xiàn)出超大非飽和磁阻、平行磁場下的負磁阻效應、平面霍爾效應等諸多特性，而表面外爾弧更是提供了高遷移率和低功耗的電子學通道。這些特性都源自費米面附近外爾費米子的存在。迄今為止，對于外爾費米子以及外爾物理的研究都局限于半金屬體系。然而從器件應用角度，半導體相對于半金屬有其獨特的價值。

碲是一種窄能帶半導體，由于空間反演對稱性破缺以及相應的強自旋軌道耦合，在價帶頂附近存在能帶交叉的外爾點。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米能級處于價帶頂，進而顯著增強了外爾費米子對輸運性質(zhì)的影響。借助于合肥中科院強磁場科學中心以及武漢國家脈沖強磁場科學中心的強磁場裝置，該團隊更進一步發(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度不變性的體現(xiàn)，從而使外爾費米子與異性電荷中心形成共振態(tài)形式的準束縛態(tài)。

該工作首次實現(xiàn)了將新奇拓撲屬性和半導體屬性有機結(jié)合的“拓撲外爾半導體”。外爾半導體的發(fā)現(xiàn)為設計新型拓撲半導體器件提供了新思路。

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