2023年9月19日，Nat. Commun.在线发表了美国莱斯大学Lei
Shiming、Emilia Morosan和中国科学院金属研究所孙岩研究员
课题组的研究论文，题目为《
Weyl nodal ring states and Landau quantization with very large magnetoresistance in square-net magnet
Eu
Ga
4
》。
在动量空间中以线性能带交叉为特征的磁性拓扑半金属
（TSMs）
已被
确立
为许多新兴性质的
载体
，如费米弧表面态、手性反常、大反常霍尔效应（AHE）和鼓头状表面态。与非磁性材料相比，
磁性拓扑半金属
提供了一个独特的机会来调节其电子结构，从而通过操纵自旋构型来调整能带拓扑，从而为拓扑电子和自旋电子器件的设计提供了一个重要的材料平台。对于
磁性拓扑半金属
，能带交叉可以导致孤立的点或线，分别产生Weyl点或Weyl节线态。原则上，前一种态的形成只需要晶格平移对称性，而后者需要额外的对称性，如镜面反射。当镜面反射被破坏时，例如，通过在外加磁场下旋转磁矩，Weyl
节
线
变得能带打开并且
出现Weyl点态
。
磁性拓扑半金属允许通过调节自旋构型来有效控制拓扑电子态。其中，Weyl节线半金属被认为具有最大的可调性，但由于候选材料的稀缺，
它们的实验研究最少
。在此研究中，
结合
角分辨光电子能谱（ARPES）和量子振荡测量，以及密度泛函理论（DFT）计算，作者将方网化
合物
Eu
Ga
4
确
定为磁性Weyl节环半金属
，其中
线
节
点
在费米能级附近形成闭环。
Weyl节环态
在磁场作用下
表现出清晰
自旋分裂的
明显朗道量子化
。在14 T的
磁场
中，
在2 K时
Eu
Ga
4
的横向磁阻超过200000%
，比其他已知的磁性拓扑半金属的横向磁阻大两个数量级以上。理论模型表明，高达40 T的非饱和磁阻是作为节环态的结果。
图1
Eu
Ga
4
作为Weyl
节环
态的候选材料
图2
在顺磁(PM)相中
Eu
Ga
4
的电子结构
图3
在
量子振荡下自旋极化(
SP)
相
中
Eu
Ga
4
的费米面几何
图4
Eu
Ga
4
中大且非饱和的磁阻(MR)
Lei, S., Allen, K., Huang, J. et al. Weyl nodal ring states and Landau quantization with very large magnetoresistance in square-net magnet
Eu
Ga
4
.
Nat. Commun
.,
2023
, 14, 5812. https://doi.org/10.1038/s41467-023-40767-z
【其他相关文献】
[1] Liu, E., Sun, Y., Kumar, N. et al. Giant anomalous Hall effect in a ferromagnetic kagome-lattice semimetal.
Nat. Phys
.,
2018
, 14, 1125–1131. https://doi.org/10.1038/s41567-018-0234-5
[2]
Kim, K., Seo, J., Lee, E. et al. Large anomalous Hall current induced by topological nodal lines in a ferromagnetic van der Waals semimetal.
Nat. Mater
.,
2018
, 17, 794–799. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0132-3
[3]
Li, P., Koo, J., Ning, W. et al. Giant room temperature anomalous Hall effect and tunable topology in a ferromagnetic topological semimetal Co
2
MnAl.
Nat. Commun
.,
2020
, 11, 3476. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17174-9
[4]
Shekhar, C., Nayak, A., Sun, Y. et al. Extremely large magnetoresistance and ultrahigh mobility in the topological Weyl semimetal candidate NbP.
Nat. Phys
.,
2015
, 11, 645–649. https://doi.org/10.1038/nphys3372
[5]
Wang, Q., Xu, Y., Lou, R. et al. Large intrinsic anomalous Hall effect in half-metallic ferromagnet Co
3
Sn
2
S
2
with magnetic Weyl fermions.
Nat. Commun.
,
2018
, 9, 3681. https://doi.org/10.1038/s41467-018-06088-2
[6]
Hasan, M.Z., Chang, G., Belopolski, I. et al. Weyl, Dirac and high-fold chiral fermions in topological quantum matter.
Nat. Rev. Mater
.,
2021
, 6, 784–803. https://doi.org/10.1038/s41578-021-00301-3
