中科院上海微系统所在节线型拓扑材料电子结构研究中取得新进展
邮箱登录 | 校首页 | ENGLISH VERSION | 实验室信息平台
科研动态
合肥光源用户在三维超结构的制备方法上取得新进展[2020-08-21]
"基于可调红外激光的能源化学大型实验装置"研制工作取得重要进展[2020-08-10]
我室在合肥先进光源快校正磁铁电源研究取得重要进展[2020-08-08]
湖南大学与我室合作在电催化合成尿素研究取得新进展[2020-06-16]
合肥光源用户在氧还原反应生成H2O2反应中取得进展[2020-05-18]
合肥光源用户在硼氢化反应中取得进展[2020-05-18]
合肥光源用户在窄谱抗菌领域取得进展[2020-03-30]
合肥光源用户在丙烷氧化脱氢机理研究取得进展[2020-03-27]
炔基功能化共价三嗪框架材料实现光催化过氧化氢合成反应新路径[2020-03-10]
合肥光源用户在大气雾霾单颗粒研究中取得新进展[2020-03-03]
原位同步辐射发现单原子近自由催化动力学行为[2020-02-26]
应用于钠离子电池的层状氮化钒(VN)电极新材料研究取得进展[2020-02-17]
中科院上海微系统所在节线型拓扑材料电子结构研究中取得新进展
 发布时间:2020-02-11  大小:【


节线型拓扑半金属中存在能带翻转导致的一维节线型非平庸拓扑电子态和对应的鼓膜状表面态。不同于孤立的节点,受拓扑保护的一维节线有各种构型,比如直线型,曲线型,环状等[1]。特别是当节线靠近费米能级时,材料会表现出更为新奇的物理性质。最近,理论计算发现在SrAs3一类材料(CaP3SrP3CaAs3SrAs3等)的费米能级附近存在极为简单的节点环(nodal ring)拓扑电子结构[2,3]。并且,磁阻和量子震荡实验发现手性电子诱导的负磁阻和非平庸贝里相位等节线型拓扑电子态存在的实验证据[4,5]。但是,仍然欠缺最为直接的电子能谱实验证据。

上海微系统所刘中灏、沈大伟研究员课题组,与北京师范大学教授殷志平课题组以及南京大学教授温锦生课题组开展合作研究,通过合肥同步辐射和上海同步辐射光源的高分辨角分辨光电子能谱实验线站并结合第一性原理计算对高质量的SrAs3单晶样品的低能电子结构进行了详细研究。该工作利用角分辨光电子能谱实验技术,通过改变光子能量,在极低能量光子下(9~20 eV)直接观测到了SrAs3材料中布里渊区Y点费米能级附近的节点环拓扑电子结构。第一性原理计算表明,该节点环是由As4p轨道能带翻转导致,受到空间、时间对称性和晶面对称性的保护(图1c)。实验发现,与之前报道的节线型拓扑半金属不同,该材料费米能级附近的电子结构极为简单干净,即只存在一个节点环构成的费米面,与其他拓扑平庸的能带无相互干涉,如图1e所示。因此,SrAs3一类材料是研究节线型拓扑量子态及其新奇输运性质的理想平台,并具有重要的潜在应用价值。另外,该研究过程中发现As 4p轨道散射截面对光电子能谱强度有着重要影响,费米能级附近As 4p轨道贡献的电子结构只在极低能量光子下才有可能被清晰观测到。合肥同步辐射光源ARPES线站在该光子能量区段亮度和分辨率优势明显,对利用光电子谱实验研究类似材料有着独特优势。

目前,相关论文发表于Physical Review Letters杂志(全文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.056402)。上海微系统所博士生宋叶凯和北师大物理系博士生王广伟为该工作共同第一作者,北师大殷志平教授,上海微系统所刘中灏和沈大伟研究员为共同通讯作者。本工作获得了国家重点研发计划,基金委国家重大仪器专项以及中科院人才计划等项目支持。

[1] T. Bzdušek et al., Nodal-Chain Metals. Nature 538, 75 (2016).

[2] Q. N. Xu et al., Topological Nodal Line Semimetals in the CaP3 Family of Materials. Phys. Rev. B 95, 045136 (2017).

[3] Y. Quan et al., Single Nodal Loop of Accidental Degeneracies in Minimal Symmetry: Triclinic CaAs3. Phys. Rev. Lett. 118, 176402 (2017).

[4] S. Li et al., Evidence for a Dirac Nodal-Line Semimetal in SrAs3.  Science Bulletin 63, 535 (2018).  

[5] L. An et al., Chiral Anomaly and Nontrivial Berry Phase in the Topological Nodal-Line Semimetal SrAs3. Phys.  Rev. B 99, 045143 (2019).





1:(aSrAs3晶体原胞结构。(bSrAs3布里渊区。位于Y--S平面内的红色环为nodal ring拓扑电子结构。(c)第一性原理计算的沿高对称性方向的费米能级附近的能带结构。Y点附近的As 4p轨道能带翻转。(dAs 4p轨道的散射截面。17 eV对应的散射截面比50 eV对应值高出约两个量级。考虑到光电流强度和散射截面的平方关系,理论上17 eV对应的光电流强度比50 eV对应值高出约四个量级。(e)通过改变光子能量测量的Y点附近nodal ring拓扑电子结构。




 

Copyright 2014 中国科学技术大学国家同步辐射实验室 All Rights Reserved. Web2014
地址:中国 合肥市合作化南路42号 邮编:230029 电话:+86-551-63602043
欢迎您的光临!您是本站第 位访问者
<%@LANGUAGE="JAVASCRIPT" CODEPAGE="65001"%> 无标题文档