NaCu3Te2等三重简并半金属材料的磁电输运性质研究

The topological electronic materials show some novel quantum phenomena and special physical properties from the conventional materials as their unique band structures. They are promising for application in innovative electronic devices, and it has recently become a hot topic in the condensed-matter physics community. Among them, the topological semimetals have attracted much attention due to their exotic electronic properties, especially for the recently discovered “New Fermions”, the topological semimetals with triply degenerate nodal points. However, in these newly discovered triple point fermions, the nodal points are far away from Fermi level, and/or coexist with conventional bands. These circumstances tend to obscure the intrinsic characteristics of the triple point fermions. To find an appropriate material candidate is therefore believed to be the key to understand the topology characteristics. In this project, we are going to grow the high-quality single crystals of ZrTe、NaCu3Te2 and V-doped-ZrB2, and make a systematic study of the magnetotransport properties to characterize the intrinsic properties of these “New Fermions”. These results may provide valuable clues for the further understanding of the exotic physical properties and the topological quantum phase transitions in semimetals, especially the triple point fermions.

具有独特能带结构的拓扑材料，伴有常规材料不具备的新颖量子现象和奇异物理特性，在低能耗电子器件等领域具有潜在的应用价值，是当前凝聚态物理前沿领域的一个研究热点。其中，拓扑半金属材料，尤其是三重简并半金属，因其丰富奇特的电子特性而备受关注。目前已研究的三重简并费米子材料，三重简并点有的离费米面遥远，有的与普通费米面共存，不利于三重简并费米子态本征特性的研究，因此选择合适的材料研究平台是拓扑特性研究的关键。本项目将生长ZrTe、NaCu3Te2以及V掺杂ZrB2的高质量单晶样品，系统地研究单晶样品的电磁输运等物理性质，精确表征这些拓扑量子态的基本特征，为进一步理解拓扑半金属，特别是三重简并半金属态的奇异物理特性以及不同拓扑物态之间的转变机制，实现潜在的应用价值提供更多的物理线索。

本项目生长了三重简并半金属ZrTe、WC以及磁性外尔半金属NdAlSi等拓扑半金属材料的高质量单晶样品，系统地研究了这些材料的电、磁输运等物理性质，精确地表征了相关拓扑量子态的基本特征，为进一步理解三重简并半金属态以及磁性外尔半金属态的奇异物理特性以及不同拓扑物态之间的转变，实现潜在的应用价值提供更多的物理线索和研究平台。该项目取得的重要进展有：.1、首次生长出ZrTe的单晶样品，观测到奇特的磁各向异性，即沿x和y轴是抗磁性的而沿z轴是顺磁的，推测其可能与三重简并点附近朗道能谱在磁场沿不同方向条件下的结构有关。.2、首次在拓扑半金属WC、TaAs以及Cd3As2表面沉积金属薄膜诱导出界面超导，并且诱导出的超导具有非常规特性。通过镀膜实现金属/拓扑材料界面超导的方法简便易行，为探索拓扑超导和相关量子器件制备提供了新的思路。.3、首次在稀土类磁性外尔半金属NdAlSi中观察到恒定磁场下电阻和比热随温度而振荡的新型量子振荡，这一发现不同于所有已知的量子振荡，是量子振荡家族新成员。对这些材料的持续探索能为实现新的、奇异的量子现象提供更大的可能性。.此外，在准一维材料TlCu3Te2单晶中发现前所未有的高热电性能，在室温附近沿其准一维轴的热电品质因数zT达到1.3，与Bi2Te3等传统材料的最佳值相当。该化合物代表了第一种具有准单轴热电传输应用水平的块状材料，为开发高性能热电应用提供了新的机会。