近日，華東師范大學研究員袁翔課題組和合作者在低維準粒子激發研究中取得重要進展。聯合團隊通過強磁場在三維拓撲絕緣體五碲化鉿（HfTe5）中，發現了一維外爾費米子，并探索了其特殊的電磁響應。9月30日，相關成果在線發表于《自然—材料》。
“該研究首次在三維體系中通過極強的磁場找到一維外爾費米子。”袁翔告訴《中國科學報》，“外爾費米子對光和電有著特殊的響應，這在現有的三維外爾費米子體系中已得到驗證。我們通過強磁場紅外光譜技術和脈沖強磁場電學測量技術，觀察到了上述響應的一維‘版本’。”
通過磁場約束三維體系中電子的行為、等效降低維度，為在實驗上探測一維外爾費米子性質提供了一種可能。相關實驗需要在強磁場（約是地球磁場的70萬倍）、極低溫（零下270攝氏度）等極端條件下開展。為此，研究團隊在實驗室內搭建多套低溫強磁場系統，并與相應的光學、電學測試系統耦合進行聯合測試。
研究人員利用強磁場紅外光譜技術，發現三維拓撲絕緣體HfTe5在強磁場下發生了三次拓撲相變。由于拓撲絕緣體獨特的能帶反轉和零級朗道能級自旋極化特征，其零級朗道能帶在強磁場下發生交叉，同時引起拓撲相變，從而形成“一維外爾模”，其色散和自旋織體類似于三維外爾半金屬。
一維外爾模的發現，為探索低維外爾費米子的物性提供了平臺。該研究在給出一維外爾模紅外光譜學證據的同時，還探究了一維外爾費米子獨特的電磁響應。研究人員不僅在強磁場遠紅外光譜上觀察到一維線性能帶的發散光學吸收，還在脈沖強磁場輸運測試中觀察到一維外爾費米子手征異常導致的負磁阻現象。由朗道能帶所實現的外爾費米子與來源于傳統布洛赫能帶相比，具有嚴格一維、準粒子參數高度可調、超高態密度等優點。這些特征證實了外爾費米子的一維特征和特殊的電磁響應。
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記者丨張雙虎 黃辛
來源丨中國科學報 頭版
編輯丨趙一航
編審丨戴琪
