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王俊峰课题组在准二维电荷密度波材料的强磁场输运研究上取得新进展

发布日期:2020-12-23    作者:     来源:     点击:

(通讯员 柯杰尊)1222日,《物理评论B》(Physical Review B)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心王俊峰课题组题为《强磁场诱导准二维电荷密度波导体η-Mo4O11费米面重构》(Reconstruction of the Fermi surface induced by high magnetic field in the quasi-two-dimensional charge density wave conductor η-Mo4O11)的论文。中心博士生柯杰尊为论文第一作者,王俊峰研究员为论文通讯作者,中心杨明老师、博士生朱海鹏、董超等参与了相关工作。

1955年,Peierls曾在理论上预言:一维金属是不稳定的,在低温下会发生晶格畸变,并伴随电子电荷密度的空间周期性调制,由此形成电荷密度波(charge density wave,简称CDW)。在计入了电声相互作用,布里渊区边界与费米面发生嵌套打开能隙,从而发生金属-绝缘体转变。η-Mo4O11是一种准二维CDW材料,分别在105K30K发生连续的CDW相变,并伴随不同程度的费米面嵌套。在30K以下,η-Mo4O11几乎全部费米面发生嵌套,但仍有少许电子-空穴口袋存在,由此发生金属-金属的CDW转变。早期研究表明,η-Mo4O11在低磁场下具有凝聚态的滑移和反常的量子霍尔效应。而在强磁场作用下,费米能级上的塞曼劈裂可能会破坏这种电荷配对的相互作用,并对电子-空穴口袋进行调制,进而诱导出一些新奇的量子现象。因此,对η-Mo4O11的强磁场测量有可能揭示这种费米面的演化过程以及量子极限以上出现的新奇物理效应。

准二维η-Mo4O11的强磁场电输运测量结果

该研究中,王俊峰课题组首次系统报道了η-Mo4O11在高达59 T强磁场下的磁电阻和霍尔电阻性质。研究发现,在量子极限(19T)以上,η-Mo4O11面内磁电阻、霍尔电阻以及层间磁电阻表现出显著的量子振荡行为。通过傅里叶分析,发现量子振荡的频率随磁场升高而不断增加。这种快速量子振荡的出现,表明系统的费米面结构在磁场作用下发生改变。通过计算发现,高频量子振荡对应的费米面与未发生嵌套时的正常金属态费米面积大小一致。此外,他们在层间磁电阻上观测到了一个显著的相变,在相变以上也出现与面内磁电阻一致的高频量子振荡。另一方面,霍尔电阻在强磁场下逐渐减小并最终趋于零,表明载流子数目随着磁场而不断增加。根据以上结果,他们提出了基于磁击穿效应的费米面重构模型:η-Mo4O11的费米面随着磁场增加而不断演化,最终在CDW被完全抑制下诱导出正常金属态费米面。

该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目支持。


论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.245135