华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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王俊峰课题组在80T超强磁场下电荷密度波材料研究方面取得进展

发布日期:2020-12-31    作者:     来源:     点击:

(通讯员 朱海鹏)1230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“Quantum oscillations and magnetic field induced Fermi surface reconstruction in the charge density wave state of A0.9Mo6O17(A=Na, K)”(A0.9Mo6O17电荷密度波态量子振荡和磁场诱导费米面重构)的论文。该成果由王俊峰课题组与浙江工业大学许晓峰教授、日本东京大学Y. KohamaK. Kindo教授,以及美国罗格斯大学M. Greenblatt教授等合作完成。中心博士生朱海鹏为论文第一作者,杨明老师为论文通讯作者,彭涛教授负责设计和绕制了80T脉冲磁体,左华坤工程师开展了超高磁场下电输运测量,王俊峰研究员和博士生柯杰尊参与了相关工作。

电荷密度波(CDW)是低维电子系统中电荷密度的空间周期性调制现象,其形成机理源于费米面嵌套、电声耦合或其它未知因素,是凝聚态物理研究的前沿热点。A0.9Mo6O17(A=Na, K)是具有类似晶体结构的两种准二维CDW材料,分别在85K110K发生金属-金属CDW相变。早期理论研究发现,这两种材料也具有相似的电子能带结构,其CDW来源于多个电子-空穴口袋的隐形嵌套。然而,对于Na0.9Mo6O17的费米面结构,在ARPES实验上一直存在争论,不同课题组给出完全不同的研究结果。Shubnikov-de Haas量子振荡测量是研究费米面性质的最有效方法,此前法国图卢兹强磁场实验室在55T磁场下研究了K0.9Mo6O17的层间磁电阻性质,并在45T以上观察到单频率量子振荡。而对于Na0.9Mo6O17的强磁场输运性质至今未有报道。因此,对A0.9Mo6O17(A=Na, K)开展强磁场下的量子振荡测量,将有助于澄清这两种CDW材料的费米面和电子结构以及揭示极端条件下的量子输运现象。

图为Na0.9Mo6O17(图中abc)与K0.9Mo6O17(图中de)在强磁场下的电输运性质

该研究中,王俊峰课题组系统报道了Na0.9Mo6O1762T强磁场下的面内磁电阻、霍尔电阻和层间磁电阻,以及K0.9Mo6O17在高达80T超强磁场下的层间磁电阻性质。对Na0.9Mo6O17在强磁场的量子振荡研究发现,霍尔电阻的振荡只有一个频率(Fα=384T),而面内磁电阻振荡有两个频率(Fβ=574TFγ=2779T),层间磁电阻振荡则同时显示出FαFβFγ三个频率。此外,强磁场转角输运测量也证实了这三个频率振荡来源于其二维费米面。而K0.9Mo6O17的磁电阻振荡在60T磁场下只探测到Fβ频率。他们认为,随着磁场的进一步升高,Fγ振荡也将出现。为此,他们利用中心双线圈脉冲磁体提供的80T超强磁场条件,研究了K0.9Mo6O17的层间磁电阻性质,并成功观测到了频率为Fγ=2892TSdH振荡。这种高频振荡的出现,预示了强磁场下这两种CDW材料的费米面结构均发生了变化,揭示了强磁场对CDW态的抑制作用。通过进一步的数据分析,他们构建了A0.9Mo6O17系统的CDW费米面结构,并澄清了ARPES实验的研究争论。

该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目支持。


论文链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.102.235164