五碲化锆和五碲化铪晶体的量子输运研究

The discovery of Dirac Materials (DM) and Topological Insulator (TI) had been a fascinating field for discovering novel quantum dynamics of relativistic field theory in condensed matter systems.As the transitional thermometric materials, the layered structure of ZrTe5 and HfTe5 had attracted intense attention for high magneto resistance, Chiral anomaly and superconductivity induced by high pressure. Recently theoretical and experimental studies indicated monolayer ZrTe5 and HfTe5 opening a large gap with topological protected edge states, and a good candidate for 2D topological insulator. For bulk system, they could be three possible phase, i.e. strong TI, weak TI and Dirac semi-metal. the ZrTe5 single crystal offers a desirable and interest system. Here, we try to understand the nature of ZrTe5 and HfTe5, which is proposed to be the 2D TI candidates materials. We will investigate the interplay between 2D and 3D system by transport measurements. With strong electronic/magnetic field applied, we may produce the potential new quantum phase transition- fractional quantum states, excitonic insulator, charge density wave, etc...

具有拓扑性质的半金属材料是近些年凝聚态物理领域的一个研究热点。层状的ZrTe5和HfTe5作为热电材料的同时，因其具有高磁阻、手性反常磁效应,高压诱导超导等性质而广受关注。最近的理论和部分实验研究表明，单层或少层的ZrTe5和HfTe5拥有较大的能隙,是一种二维拓扑绝缘体材料；由层状ZrTe5和HfTe5堆积而成的三维体材料有可能介于强拓扑绝缘体和弱拓扑绝缘体之间，此外，其究竟是拓扑绝缘体还是三维狄拉克材料。上述性质使ZrTe5和HfTe5成为研究拓扑相变的理想平台。本项目将系统研究ZrTe5和HfTe5等体材料及其低维情况，探测三维到二维薄膜器件的输运性质行为，理解材料中的电子态，维度和对称性对电子态拓扑结构的调控。进而在外磁场和电场的调控下，观察外场诱导出可能的多体相互作用行为，如分数电荷态，激子绝缘体，电荷密度波等。

具有拓扑性质的半金属材料是近些年凝聚态物理领域的一个研究热点。层状的ZrTe5和HfTe5作为热电材料的同时，因其具有高磁阻、手性反常磁效应,高压诱导超导等性质而广受关注。理论和部分实验研究表明，单层或少层的ZrTe5和HfTe5拥有较大的能隙,是一种二维拓扑绝缘体材料；由层状ZrTe5和HfTe5堆积而成的三维体材料有可能介于强拓扑绝缘体和弱拓扑绝缘体之间，此外，其究竟是拓扑绝缘体还是三维狄拉克材料。上述性质使ZrTe5和HfTe5成为研究拓扑相变的理想平台。本项目系统研究ZrTe5和HfTe5等体材料及其低维情况，观测到三维量子霍尔效应，以及多种新奇的量子物态和相变。此外，我们还针对量子极限下ZrTe5和HfTe5晶体的热电、热输运进行了深入的研究。我们的研究成果，验证三维量子霍尔效应的存在，并开辟了三维量子霍尔效应的研究方向。