近日，中国科学院合肥物质科学院强磁场科学中心研究员田明亮研究小组在拓扑半金属研究方面取得了新进展。通过SHMFF水冷磁体33T强磁场下的电运量子振荡测量，研究人员给出了拓扑半金属层状化合物Nb3Site6的实验证据。相关研究结果在美国物理学会期刊Physical上发表 Review B上。
“拓扑半金属”是一种不同于“拓扑绝缘体”的新型拓扑电子状态，具有奇怪的磁输送性能（如手负磁阻、巨磁电阻）和极高的载流子迁移率，是量子材料领域研究的热点和前沿。拓扑半金属根据能带的结构特点，可分为拓扑狄拉克半金属、外尔半金属和“节线”（Node-Line）半金属等。在拓扑节线半金属中，晶格动量空间中可带的交叉点形成连续的闭合曲线。在这种表面平带（flat band）引入电子关联效应或超导配对，有望实现分数拓扑或高转变温度超导等新物态。
田明亮研究小组研究员宁伟、博士生安琳琳、张宏伟利用水冷磁体33T稳态场研究了强磁场下层状化合物Nb3Site6的量子运输特性。理论计算认为，这种化合物可能是一种新的节线半金属。研究人员通过解理Nb3Site6单晶获得不同厚度的Nb3Site6纳米片，并仔细测量了纳米片的磁电阻行为和霍尔电阻。研究表明，Nb3Site6纳米片的运输过程主要是空穴主导的，其迁移率随纳米片变薄而降低。磁电阻测量发现，Nb3Site6纳米片在较高磁场下表现出线性磁电阻，在磁场高达33T时仍无饱和迹象，在较高磁场下表现出线性磁电阻（>20T)量子振荡。Nb3Site6的费米面具有二维特性，样品中的电子具有非平庸的贝里位相（Berry phase）。Nb3Site6是拓扑保护的半金属材料的实验证据。
这项研究结果是Magnetorestance and Shubnikov–de Haas oscillations in layered Nb3Site6 thin flakes 题目发表在《美国物理评论》杂志上 [Phys. Rev. B 97, 235113 (2018)]。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金和合肥大科学中心的支持。
