国家脉冲强磁场科学中心获多项研究进展

近期，国家脉冲强磁场科学中心在拓扑狄拉克半金属领域取得多项研究进展，成果在《自然·通讯》（Nature Communications）、《物理评论X》（Physical Review X）等国际顶级刊物上相继发表。

拓扑狄拉克半金属是一种全新的拓扑量子材料，其体电子形成三维狄拉克锥结构，类似于“三维的石墨烯”。在强磁场作用和驱动下，拓扑狄拉克半金属呈现出一系列新奇的量子态和物理现象，如外尔费米子（也称为幽灵粒子）、拓扑绝缘体、拓扑超导体等。有报道表明，这种新材料极有可能在未来的量子计算机等领域有重要的应用前景。因此，拓扑狄拉克半金属成为近年来物理学领域的国际前沿热点。

北京大学量子材料中心王健研究组与国家脉冲强磁场科学中心王俊峰研究员合作，通过低温强磁场下角度依赖的电输运实验勾画出三维狄拉克半金属Cd3As2单晶的全费米面信息。实验表明Cd3As2在[112]和[44-1]晶列方向有单周期的磁电阻SdH量子振荡，在[1-10]晶列方向则出现双周期的SdH振荡；进一步转角度的磁电阻振荡数据分析揭示出Cd3As2单晶费米面是由两个嵌套在一起的椭球组成。此外，Cd3As2的量子极限特性和Zeeman劈裂行为在最高到60特斯拉的强磁场实验中被观测到。9月16日，相关工作发表在《物理评论X》上，论文题目为《高迁移率三维狄拉克半金属Cd3As2各向异性费米面和量子极限输运研究》（Anisotropic Fermi Surface and Quantum Limit Transport in High Mobility Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2）。论文中，60特斯拉的强磁场典型数据被作为期刊主页的关键图片（accompanyingkey image）展示。

复旦大学物理系修发贤研究组与国家脉冲强磁场科学中心夏正才教授合作，系统研究了Cd3As2单晶在强磁场下的朗道能级劈裂行为，以及Berry相与磁场角度的演变关系。该研究表明，磁场导致的对称破缺在三维狄拉克半金属性质中发挥着重要作用，同时强磁场实验条件已经成为一种探索外尔费米子的有效途径。相应合作成果于7月13日在《自然·通讯》上发表，论文题目为《Cd3As2在强磁场下的朗道能级劈裂研究》（Landau Level Splitting in Cd3As2 under High Magnetic Fields）。

此外，王俊峰研究员、夏正才教授还与北京大学量子材料中心贾爽研究组、中国科技大学吴涛研究组开展合作，利用强磁场实验条件研究TaAs，TaP，SmB6等拓扑狄拉克半金属材料，初步研究成果分别于7月20日和5月26日发表在《物理评论B》上。论文题目分别为《TaP和NbP的变温巨磁电阻研究》（Large MagnetoresistanceOver an Extended Temperature Regime in Monophoshides of Tantalum and Niobium），《近藤绝缘体SmB6的表面态证据及磁场相关的绝缘态相变研究》（Magnetoresistance Evidence of a Surface State and a Field-dependent Insulating State in the Kondo Insulator SmB6）。

国家脉冲强磁场科学中心在装置建设完成以后开展了大量的开放运行工作，取得了一批重要的科学研究成果，连续发表了多篇包括《物理评论快报》《自然》子刊在内的高水平研究论文，研究领域覆盖凝聚态物理、材料物理、光电子与微电子学、生物、化学等。