外部磁场导致可果美磁体中电子狄拉克带结构的偏移

　　磁场中狄拉克带演化示意图.蓝色（灰色网格）锥体描绘了非零（零）外部磁场下的巨大狄拉克费米子。图片来源： 自然物理学 。
　　使用一种被称为kagome磁铁的量子材料，波士顿学院物理学家及其同事的团队直接测量了这种新型材料中的单个电子量子态如何通过以不寻常的方式转移能量来响应外部磁场，研究人员在最新的在线版《 自然物理学 》杂志上报道。
　　该项目产生的测量是同类中第一个直接测量这些量子态的动量分辨，场诱导的进化，根据该团队的说法，他们与中国北京人民大学的科学家合作。
　　这些发现首次实验证明了关于电子能带结构如何在这些新材料中发生变化的理论预测，在这种情况下，钇锰锡YMn的块状单晶6锡6根据波士顿学院物理学副教授Ilija Zeljkovic的说法，他是该报告的主要合著者。
　　＂当磁场施加到材料上时，电子能带结构 - 这是固体中电子可以占据的量子态的集合 - 可以以不寻常的方式变化，＂Zeljkovic说。＂到目前为止，这些变化是从理论计算中推断出来的，或者从宏观可测量属性的场诱导变化中间接获得的。直接测量磁场引起的电子能带结构变化一直难以测量。
　　该团队克服了通过光谱成像扫描隧道显微镜研究材料的实验挑战。可果美磁铁，如YMn6锡6该团队研究的之所以如此命名，是因为它们具有磁性结构和类似于日本＂kagome＂编织篮子的原子晶格。
　　Kagome磁铁含有所谓的狄拉克费米子，Zeljkovic解释说，它们是准粒子，其特征在于零质量和类似于相对论性粒子的电子能带结构中的线性能量 - 动量色散。
　　像Zeljkovic的同事和合著者，波士顿学院物理学教授Ziqiang Wang这样的理论物理学家已经从数学上证明，从能量和动量的角度来看，狄拉克费米子可能会响应磁场而进化。该团队开始测试这些预测，Zeljkovic说。
　　研究小组发现，与狄拉克费米子相关的量子态对磁场反应强烈，无论磁场的方向如何，都会向更高的能量转移，根据 《自然物理学》 的报告，该报告的标题是＂操纵狄拉克带曲率和动量依赖的g因子在可果美磁铁中＂。
　　＂有趣的是，它们表现出一种与动量相关的位移——对于一个设定的磁场，狄拉克点附近的量子态位移最多;远离狄拉克点的转变逐渐变小，＂泽利科维奇说。狄拉克点是能量-动量空间中传导和价带接触的点。
　　Zeljkovic说，人们的期望是，没有磁场的系统将基于主要位于平面内的自旋的方向来容纳无质量或零质量的狄拉克费米子。相反，研究小组做出了令人惊讶的观察，即这种材料中的狄拉克费米子在零场下具有有限的质量。为什么会发生这种情况，将是理论家们需要进一步探索的问题。
　　从实验的角度来看，Zeljkovic说，基于这些发现，还有许多其他问题需要解决。具体来说，有多种竞争效应可能导致动量相关的能带演化，涉及电子自旋和轨道自由度。
　　特别是轨道磁性，这一特性最近在研究＂扭曲＂范德华结构的研究人员中引起了关注和兴奋，这是极其令人兴奋的可能性之一，Zeljkovic说。
　　＂我们未来的实验将集中在解开不同的贡献并检查这种和相关的kagome磁铁中的轨道磁性，＂Zeljkovic补充道。