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中國(guó)科大在籠目晶格材料平帶物性研究中取得新進(jìn)展 固體材料的電磁特性很大程度上取決于其電子能帶結(jié)構(gòu)。相對(duì)于常見(jiàn)的拋物線型色散關(guān)系的電子能帶，處于兩個(gè)極端的線性色散能帶以及無(wú)色散平帶是產(chǎn)生新物態(tài)及新效應(yīng)的重要平臺(tái)。如線性色散能帶往往導(dǎo)致新奇的相對(duì)論效應(yīng)和拓?fù)湮镄�，而平帶中電子�?dòng)能淬滅，電子間庫(kù)侖相互作用占據(jù)主導(dǎo)，是研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)的理想候選。籠目晶格是一類(lèi)由頂點(diǎn)共享的三角格子組成的二維晶格結(jié)構(gòu)，理論研究表明這樣一個(gè)特殊晶格體系會(huì)同時(shí)存在電子有效質(zhì)量為零的線性色散能帶和有效質(zhì)量無(wú)窮大的平帶。曾長(zhǎng)淦教授研究組在國(guó)際上較早開(kāi)展了該體系材料特殊電子結(jié)構(gòu)和物性的研究工作。如在實(shí)驗(yàn)上率先證實(shí)了鐵磁籠目材料 Fe3Sn2中存在天然無(wú)色散的平帶電子結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步揭示了其高溫鐵磁性源于平帶電子關(guān)聯(lián)（Phys. Rev. Lett. 121, 096401 (2018)，封面文章，編輯推薦），以及在反鐵磁籠目材料FeSn中確證了此前理論預(yù)言的反鐵磁狄拉克態(tài)這一新型拓?fù)湮飸B(tài)（Phys. Rev. B 102, 155103 (2020)，編輯推薦）。 在以上研究基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合多尺度實(shí)驗(yàn)表征手段及理論分析，對(duì)順磁籠目材料CoSn中的平帶及平帶物性開(kāi)展了系統(tǒng)研究。結(jié)合第一性原理計(jì)算和角分辨光電子能譜，研究人員首先證實(shí)CoSn中存在費(fèi)米能級(jí)附近的平帶電子結(jié)構(gòu)，且占據(jù)了較大動(dòng)量空間范圍。電子輸運(yùn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流沿二維籠目晶格面內(nèi)的電阻率可達(dá)面外方向的60倍，這與傳統(tǒng)的（準(zhǔn)）二維材料明顯相反。此外宏觀磁性測(cè)量表明磁場(chǎng)垂直于籠目晶格時(shí)的材料磁化率要比沿面內(nèi)方向小得多，進(jìn)一步的核磁共振實(shí)驗(yàn)表明其源于軌道磁性的各向異性。結(jié)合理論分析，他們發(fā)現(xiàn)這些電磁特性的反常各向異性均可歸因于平帶電子特性：平帶電子波函數(shù)局域化及其導(dǎo)致的較大有效質(zhì)量產(chǎn)生了較大的面內(nèi)電阻率；而局域化的平帶電子在垂直磁場(chǎng)下形成的環(huán)形電流，會(huì)貢獻(xiàn)額外的軌道抗磁。該工作成功揭示了籠目晶格材料中由平帶所導(dǎo)致的宏觀電子學(xué)行為，為實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探索平帶誘導(dǎo)的關(guān)聯(lián)電子物性提供了新思路。相較于目前引起廣泛關(guān)注的以魔角雙層石墨烯為代表的人工結(jié)構(gòu)，CoSn等天然平帶材料為探索平帶物理提供了另一類(lèi)材料候選。  圖.（a, b）實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論計(jì)算的CoSn中費(fèi)米能級(jí)附近的平帶。（c）籠目晶格中平帶電子在垂直磁場(chǎng)下產(chǎn)生的環(huán)形電流及相應(yīng)的軌道抗磁性 物理系博士研究生黃浩為論文第一作者，曾長(zhǎng)淦教授、吳濤教授和李林副研究員為論文通訊作者。本工作是與我校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心王征飛教授、國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室孫喆教授以及中科院物理所翁紅明研究員等課題組合作完成，并得到了來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院以及安徽省的資助。 文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.096601 |
