Kagome结构材料中新颖物理性质的探索

The previous theoretical and numerical studies predicted that the fractional quantum hall effect may be realized in flat band materials at high temperature (even room temperature), when the system combines spin-orbit coupling, ferromagnetism, and geometric frustrations. However, the chance for a flat band to exist near the Fermi level is rare. Therefore, it is important for researchers to search for a suitable material which may exhibits the exotic transport and magnetic properties induced by the flat band. In this project, we are going to prepare the single crystals and thin films with kagome lattice. Study the influence of flat band on transport, magnetic and thermal properties. We will also process the electronic band calculation, ARPES and transport measurement at high magnetic field. In order to tune the Fermi level and physical properties of the kagome compounds, the chemical doping and strain from substrates will be applied. We are going to try the possibility of realizing the fractional quantuan Hall effect as the prediction of theoretical studies.

理论研究预言，在某些具有flat band和几何阻挫的铁磁材料中，适当的调节自旋-轨道耦合、费米能级等参数。有可能观测到新颖的物理性质，如：高温下的分数量子霍尔效应等。在本项目中，我们将制备具有二维kagome结构的单晶和薄膜材料。研究其电子能带中flat band对于材料电输运，磁性和热力学性质的影响。同时，将通过强磁场下的物理性质、理论计算和角分辨光电子谱的测量得到材料电子能带和费米面的相关信息。通过前期研究所得到的信息，进一步通过化学掺杂、薄膜衬底的应力等手段，调节材料的电子能带和物理性质。另外，将探索实现理论预言的分数量子霍尔效应的可能性。

理论研究预言，在某些具有非平庸的平带结构的电子能带和几何阻挫的铁磁材料中，适当的调节自旋-轨道耦合、费米能级等参数，有可能观测到新颖的物理性质，如：高温下的分数量子霍尔效应等。. 在本项目研究中，我们制备具有二维Kagome结构的Fe3Sn2和YCr6Ge6单晶样品。研究它们的输运性质，并通过理论计算和角分辨光电子能谱研究了它们的电子能带中平带和拓扑性质。发现，其中的非平庸的平带结构以及其他电子能带结构中的拓扑性质对材料的磁性和输运性质都具有重要影响。.此外，我们还研究了其它的具有准二维结构的磁性阻挫材料，发现即使在长程磁有序并不存在的情况下，阻挫以及由此引起的自旋涨落等对于材料的输运性质仍然具有很大的影响。这些研究对于理解阻挫对磁性材料物理性质的影响具有重要作用。. 另外，我们还对磁性拓扑材料、准二维拓扑材料在极端条件下的物理性质进行了研究。发现了由压力诱导的超导电性以及拓扑表面态等。这些研究对于拓扑能带结构的理解和拓扑超导电性的探索具有指导意义。. 通过本项目的执行，我们基本完成了项目的研究计划。对于更进一步研究具有Kagome结构的磁性阻挫材料的物性和拓扑平带；研究阻挫对于材料输运性质的影响以及拓扑材料物性的研究等方面打下了坚实的基础。