稳态强磁场实验装置用户在拓扑半金属材料研究中取得新进展学术资讯

近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中科院合肥研究院强磁场科学中心田明亮和宁伟研究团队，利用SHMFF所属的水冷磁体WM1在拓扑半金属材料研究中取得新进展。该研究通过强磁场下的量子振荡测量，在二维层状化合物TaNiTe5单晶中观察到非平庸的三维拓扑态。相关成果以“Three-dimensional topological semimetal phase in layered TaNiTe5 probed by quantum oscillations”为题发表在Physical Review B上。

三维拓扑半金属材料具有许多新奇的物性，在未来低能耗自旋电子器件中具有重要的应用价值，相关研究是凝聚态物理中的前沿课题。相对于二维材料体系相对较弱层间耦合，三维拓扑半金属在研究量子局限效应或构造范德瓦尔斯异质结、进行外场调控方面具有诸多优势。最近理论预言了一系列二维拓扑半金属材料，但目前只有极少被实验证明。

在该项研究工作中，研究人员针对层状化合物TaNiTe5单晶开展深入研究，理论预言该材料是二维拓扑半金属，在强磁场下的电输运测量和磁扭矩测量中，均观察到了明显的量子振荡行为。经过对这些量子振荡行为的分析，确认多个能带的载流子对材料性能有贡献，其中有两个能带具有非平庸的拓扑特征。通过对不同磁场方向下的量子振荡行为分析，进一步确认这两个能带具有近似球形费米面和三维椭球费米面，即层状化合物TaNiTe5中存在非平庸的三维狄拉克费米子是三维拓扑半金属，而不是理论预言的二维拓扑半金属。层状TaNiTe5通过机械剥离的方法非常易于得到薄层样品，为进一步开展相关器件构筑和性能提升提供了良好的条件。

上述成果获得了重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。