'拓扑半金属' 是不同于 '拓扑绝缘体' 的一类全新拓扑电子态, 具备奇异的磁输运性质 (如手性负磁阻, 巨磁电阻) , 以及极高的载流子迁移率等, 是目前量子材料领域研究的热点和前沿. 根据能带的结构特点, 拓扑半金属可以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, 能带的交叉点在晶格动量空间形成连续的闭合曲线. 在这种表面平带 (flat band) 中引入电子关联效应或超导配对, 将有望实现分数拓扑态或高转变温度超导等新物态.
田明亮课题组研究员宁伟, 博士生安琳琳, 张红伟等, 利用水冷磁体33T稳态场对层状化合物Nb3SiTe6在强磁场下的量子输运特性进行了研究. 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, 并对纳米片的磁电阻行为和霍尔电阻进行了仔细测量. 研究表明, Nb3SiTe6纳米片的输运过程主要是空穴主导的, 其迁移率随着纳米片变薄而减小. 而磁电阻测量发现, Nb3SiTe6纳米片在较高磁场下表现出线性磁电阻, 在磁场高达33T时依然没有饱和的迹象, 同时在高场下 (﹥20T) 出现量子振荡行为. 通过不同磁场角度下的量子振荡结果发现, Nb3SiTe6的费米面具有二维特征, 且样品中的电子具有非平庸的贝里位相 (Berry phase) . 这些实验结果首次给出了Nb3SiTe6是拓扑保护的半金属材料的实验证据.
该研究成果以Magnetoresistance and Shubnikov–de Haas oscillations in layered Nb3SiTe6 thin flakes 为题发表在《美国物理评论》杂志上 [Phys. Rev. B 97, 235113 (2018)]. 该研究工作得到了国家重点研发计划项目, 国家自然科学基金以及合肥大科学中心等的支持.