三维狄拉克半金属Cd3As2中负磁阻效应

拓扑半金属是一种新的量子材料，是当前凝聚态物理重要的研究领域之一。在三维动量空间中，拓扑半金属具有特殊的能带交叉点，表现出线性色散关系，可以用具有手性的相对论Weyl（Dirac）方程描写。狄拉克半金属在时间反演对称性破缺的情况下会表现出Weyl半金属的性质。手性反常是Weyl半金属的一个重要性质，在输运中表现为当外加磁场平行于电场时，可观测到负磁阻现象，而且该效应对磁场和电场之间的角度非常敏感。

最近，由俞大鹏教授领导的北京大学“纳米结构与低维物理”研究团队在狄拉克半金属Cd3As2纳米材料制备和低温输运性质方面取得新进展。该团队的青年教师廖志敏副教授等通过化学气相沉积法成功合成了Cd3As2纳米结构，低温输运测量中观测到负磁阻，而且室温下负磁阻也能够保持，分析表明该负磁阻是由手性反常导致的。需要说明的是要观察到手性反常导致的负磁阻，要求材料的载流子浓度较低，而且外加磁场方向平行于给样品施加的电场方向；实验中通过改变载流子浓度和改变磁场方向可以有效地调制负磁阻幅值的大小，并观测到负磁阻向正磁阻的转变，证实了Cd3As2中负磁阻由手性反常所致。实验表明，在不同直径的纳米线和纳米片中均观察到了负磁阻现象，说明该负磁阻是狄拉克半金属中体载流子贡献所致。在低磁场下，观测到的反弱局域化现象，表明该材料当中较强的自旋轨道耦合作用。另外，由于材料的载流子浓度很低，费米面靠近狄拉克点，有利于研究狄拉克点附近的物理性质。他们通过门压调制，测量到强磁场下由于朗道能级劈裂导致的电导振荡。该研究结果对狄拉克半金属Cd3As2物理性质的研究具有重要的意义。

该研究成果近期发表于Nature Communications 6, 10137 (2015).博士研究生生李彩珍和王礼先为并列第一作者，廖志敏副教授为通讯作者。该研究成果得到了“2011计划”量子物质科学协同创新中心、介观物理国家重点实验室、北京大学电子显微镜实验室等的大力支持。