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記者從中科院合肥研究院獲悉，該院強磁場中心周建輝研究員和北京理工大學姚裕貴教授團隊以及清華大學周樹云教授等合作，預言并在高溫相的電荷密度波材料中發(fā)現(xiàn)了第三類外爾費米子，并還發(fā)現(xiàn)它具有“三高”特性：高溫相、高陳數(shù)、高階傾斜項。相關成果論文日前在《物理評論B》上發(fā)表，并受到編輯高度評價，被選為編輯推薦文章。
由于高陳數(shù)的外爾半金屬尚缺乏實驗證據(jù)，這也使得人們過去一直沒有發(fā)現(xiàn)它。低溫相的電荷密度波材料作為經(jīng)典的電荷密度波材料已經(jīng)被寫入固體物理教科書，但是人們對于其高溫相的拓撲性質(zhì)和派爾斯相變機制的認識還不夠清楚。
這項研究工作中，科研人員發(fā)現(xiàn)晶體對稱性可以在外爾準粒子運動方程中誘導出二階甚至更高階的傾斜項。不同于線性傾斜項，二階傾斜項在多重外爾半金屬導致全新的第三類外爾費米子。它具有獨特的費米面：電子-電子或空穴-空穴口袋的費米面在同一個高陳數(shù)的外爾點處相接觸。基于外爾點的廣義傾斜項，作者提出了直觀且清晰的物理機制，可以統(tǒng)一地分類第一、二、三類外爾半金屬。值得指出的是，這種二階傾斜項在線性的外爾方程中不占主導，只有在高陳數(shù)的外爾半金屬中才能起主導作用。
科研人員通過角分辨光電子能譜實驗表明，高溫相的電荷密度波材料具有第三類外爾費米子的特征能量色散。另外，還發(fā)現(xiàn)二階傾斜項導致第三類外爾半金屬的朗道能級的上翻現(xiàn)象以及手性朗道能級的劈裂，這些都可作為實驗中診斷第三類外爾半金屬的指針性證據(jù)。
這項研究工作首次揭示了高溫相的電荷密度波材料中外爾半金屬的本質(zhì)，將為探討相關的新奇物性提供理論指引。研究人員預言的第三類外爾費米子也被別的課題組在鐵磁材料中發(fā)現(xiàn)。
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