科技日報記者 吳長鋒
記者3日從中國科學技術大學了解到，該校合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、中科院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授研究組與吳濤教授研究組合作，在順磁性籠目晶格材料錫化鈷中觀測到了費米能級附近的平帶電子結構并揭示了由平帶電子導致的輸運和磁性的反常各向異性。研究成果日前發表在《物理學評論快報》上。
中國科大供圖
固體材料的電磁特性很大程度上取決于其電子能帶結構。相對于常見的拋物線型色散關系的電子能帶，處于兩個極端的線性色散能帶以及無色散平帶是產生新物態及新效應的重要平臺。籠目晶格是一類由頂點共享的三角格子組成的二維晶格結構，理論研究表明這樣一個特殊晶格體系會同時存在電子有效質量為零的線性色散能帶和有效質量無窮大的平帶。
在前期研究基礎上，研究團隊結合多尺度實驗表征手段及理論分析，對順磁籠目材料錫化鈷中的平帶及平帶物性開展了系統研究。結合第一性原理計算和角分辨光電子能譜，研究人員首先證實CoSn中存在費米能級附近的平帶電子結構，且占據了較大動量空間范圍。電子輸運測試發現當電流沿二維籠目晶格面內的電阻率可達面外方向的60倍，這與傳統的二維材料明顯相反。此外宏觀磁性測量表明磁場垂直于籠目晶格時的材料磁化率要比沿面內方向小得多，進一步的核磁共振實驗表明其源于軌道磁性的各向異性。結合理論分析，他們發現這些電磁特性的反常各向異性均可歸因于平帶電子特性：平帶電子波函數局域化及其導致的較大有效質量產生了較大的面內電阻率；而局域化的平帶電子在垂直磁場下形成的環形電流，會貢獻額外的軌道抗磁。
該成果成功揭示了籠目晶格材料中由平帶所導致的宏觀電子學行為，為實驗進一步探索平帶誘導的關聯電子物性提供了新思路。相較于目前引起廣泛關注的以魔角雙層石墨烯為代表的人工結構，該材料為探索平帶物理提供了另一類材料候選。
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