北大Nature子刊：探测隐藏于手性异常Cd3As2中的热电信号

【引言】

近年来，在理论预测Weyl半金属上的实验进展再次掀起对Weyl费米子的研究狂潮，但Weyl费米子至今在高能实验中并未得到发现。Weyl半金属是一种三维的量子材料，其导带和价带在Brillouin区（布里渊区）以单独的点相连接，因而称为Weyl结点（Weyl nodes）。电子状态在节点附近呈线性离散，并表现出手性，可用Hamiltonian函数表示，H=χνp∙σ（ν-速度，p-动量，σ-泡利矩阵）。χ=±1时，为手性电子，与Weyl费米子的最特殊的一中性质—手性异常相联系。

为了观察这两种相关效应，获知其特点，众多科学家都付出了努力。目前，对于手性异常，所知的便是纵向的负磁阻效应，这在很多材料中通过实验得以证实。但因由异常手性引起，在Weyl费米子中预测的其他一系列特性，如热电效应等，还很少通过实验得到发现。

【成果简介】

北京大学的廖志敏和吴孝松（共同通讯作者）在Nature Communications上发布最新研究成果，提出磁场作用下，在Cd₃As₂ Weyl费米子的手性异常特性中检测出热电信号。当磁场平行于温度梯度方向时，观测出对热电势的强二次抑制。二次系数近于二倍的电导率。而这些有趣的实验发现，根据Weyl费米子的手性异常的特点便都可得到理解。对于Weyl费米子异常热电性的实验发现，也有助于对手性异常进行更深的了解。

【图文导读】

图一、温度与ρ和S_xx的相互关系

(a) ρ-T图，内嵌图为设备的光学显微镜图，标尺为20 μm。

(b) S_xx-T图，（S_xx-热能/热电势）。

图二、垂直磁场中，设备的电阻率和热电效应

(a) 不同温度下的正巨磁电阻                             (b) S_xx-B，（B-磁场）

(c) σ_xx-B2，（σ_xx-电导率）                            (d) S_xx-B2

图四、用方程拟合热电势S_xx

不同温度下获得S_xx-B图，进行拟合，点划线为拟合曲线。红线、蓝线、绿线分别在T=10，25，40K下。

【小结】

此次研究主要针对于Cd₃As₂微片的低温热电性展开。施加不同方向的磁场，在材料中会发现不一样的热电势增长趋势。磁场平行于温度梯度，热电势表现出异常，会随着磁场增加而降低。利用Mott关系，表明所观测到的Weyl费米子异常热电势可用手性异常得到很好的解释。实验结果也证实热电性可作为研究Weyl费米子的一个重要手段，同样也可用于研究其他拓扑材料中。

文献链接：Thermoelectric signature of the chiral anomaly in Cd₃As₂（Nature Communications，2016，DOI：10.1038/ncomms13013）

本文由材料人编辑部电子电工学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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