Efficient photocatalytic CO2 Reduction to C2+ Products with Pt1-xPdxSn4 Dirac Nodal Arc Semimetal
Sun Yat-sen University（中山大学）；Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所材料科学国家实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
通过Pt掺杂优化PdSn4狄拉克半金属电子结构，实现高效二氧化碳还原为C2+产物，提升产物选择性和载流子迁移率。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-phonon interaction and zero-field charge carrier transport in the nodal-line semimetal ZrSiS
利用第一性原理计算研究了半金属ZrSiS的电子-声子相互作用及相关输运性质。我们发现，ZrSiS的特点是弱的电子-声子耦合的数量级为0.1，这几乎是能量无关的。对电子-声子耦合的主要贡献来自长波长光学声子，没有引起电子谱函数的显著重整化。在电荷中性点，我们发现，电子和空穴提供了一个可比的贡献的散射率。在玻尔兹曼输运理论计算的声子限制电阻率被发现是强烈的方向依赖与面外和面内方向之间的比率为$ρ_{zz}/ρ_{xx}\sim 7.5$，主要由载流子速度的各向异性。我们估计零场电阻率为$ρ_{xx}\approx12$ $μΩ$ cm在300 K，这是在很好的协议与实验数据。相对较小的电阻率在ZrSiS可以归因于弱的电子-声子耦合和高载流子速度的组合。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Optical evidence of type-II Weyl semimetals MoTe$_2$ and WTe$_2$
用温度依赖的光电导[ $σ(ω)$ ]谱研究了第二类Weyl半金属候选物MoTe $_2$和WTe $_2$的载流子动力学和电子结构.分别观察到两种Drude峰（窄峰和宽峰）。当温度高于德拜温度（130 K）时，宽的Drude峰的宽度随温度的升高而增大，这与普通金属的情况相同;而当温度低于80 K时，窄的Drude峰变得明显，并且宽度随温度的降低而迅速减小。由于窄的Drude峰的温度依赖性与I型Weyl半金属TaAs的相似，因此得出结论，其源自Weyl带的Dirac载流子。结果表明，电导具有两种载流子的贡献，即正常半金属和Dirac载流子，这一观察结果是MoTe $_2$和WTe $_2$的第二类Weyl半金属的证据.在带间过渡区得到的$σ(ω)$光谱可以解释由能带结构计算与由于电子关联的带重整化。
2019-08-24 cond-mat.mtrl-sci
High-mobility two-dimensional carriers from surface Fermi arcs in magnetic Weyl semimetal films
磁性外尔半金属中源自表面费米弧的高迁移率二维载流子对于获得奇异量子输运现象和拓扑电子学应用是非常期望的。在这里，我们展示了高流动性的二维载体，显示量子振荡的磁性Weyl半金属SrRuO 3外延薄膜系统的角度依赖性，高磁场磁输运实验。通过机器学习算法驱动的最先进的氧化物薄膜生长技术，生长出非常高质量的SrRuO 3薄膜。10 nm SrRuO 3薄膜的量子振荡显示出3500 cm 2/Vs的高量子迁移率，轻回旋质量和二维角度依赖性，这可以归因于表面费米弧。量子振荡的相移的线性厚度依赖性为表面费米弧介导的量子振荡的非平凡性质提供了证据。此外，在低温和高达52 T的磁场下，SrRuO 3的量子极限表现出Weyl节点的手性异常。铁磁氧化物中迄今为止隐藏的二维外尔态的出现为探索拓扑氧化物电子学的新量子输运现象铺平了道路。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of phonon-limited carrier transport in the Weyl semimetal TaAs family
本研究通过第一性原理玻尔兹曼输运方程系统比较了TaAs家族Weyl半金属的声子限制输运，发现NbP电导率最高而TaAs最低，并揭示了掺杂和费米面拓扑对输运的影响。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extremely large magnetoresistance induced by hidden three-dimensional Dirac bands in nonmagnetic semimetal InBi
在半金属铟铋中发现了极大的正磁阻效应。使用几个单晶具有不同的剩余电阻率比（RRRs），我们发现，XMR强烈依赖于RRR（样品质量）。假设这些单晶中的有效质量m* 和载流子浓度没有变化，这种依赖性可以用半经典双载流子模型来解释。包括自旋轨道相互作用（SOI）的第一性原理计算揭示了InBi在M和R点具有补偿载流子平衡和SOI诱导的“隐藏”三维（3D）狄拉克带。由于小的m* 和大的载流子迁移率将被实现，这些隐藏的3D狄拉克带应该在InBi中的XMR中发挥重要作用。我们建议，这一功能可以作为一种新的策略，用于创建XMR半金属。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large optical conductivity of Dirac semimetal Fermi arc surfaces states
费米弧表面态是拓扑狄拉克半金属的一个标志，它可以容纳表现出与其母体不同的不寻常动力学的载流子。我们发现本征狄拉克半金属中的费米弧载流子具有强的各向异性轻物质相互作用。其特征在于，当光横向于费米弧偏振时，费米弧光学电导率大;当光沿着费米弧偏振时，费米弧光学电导率显著减弱。大的表面光谱权重被锁定到狄拉克节点之间的宽间隔，并且当系统被掺杂时，作为费米弧载流子的大德鲁德权重而持续存在。因此，大的和各向异性的费米弧电导率提供了一种新的手段，光学查询狄拉克半金属的拓扑表面状态。
2017-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-Kondo semimetals and topological Kondo insulators in the dilute carrier limit
重费米子系统不仅包含强的电子关联，这促进了一组丰富的量子相位，而且还包含大的自旋轨道耦合，这往往赋予电子态拓扑特征。近藤绝缘体被理解为与半填充带中的传导电子耦合的局部矩的晶格，即，每个晶胞中大约有一个电子的密度。在这里，我们提出了一个新的类近藤绝缘体出现时，导电电子带几乎是空的（或，等价地，满）。我们通过一个蜂窝状的安德森晶格模型证明了这种效应。在空载流子极限下，自旋轨道耦合在杂化重费米子带中产生能隙，从而产生拓扑近藤绝缘体。这种状态可以用整个相图中的一个邻近相来理解，这是一种狄拉克-近藤半金属，其准粒子激发表现出非平凡的贝里相。我们的结果指出，稀释载流子限制的重费米子系统作为一个新的设置来研究强关联绝缘和拓扑状态。
2016-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Model for charge carrier spectra in topological semimetals of the TaAs family
B. Verkin Institute for Low Temperature Physics & Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院B.维尔金低温物理与工程研究所）；Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温结构研究所）
本文提出四能带模型，用于分析拓扑半金属TaAs族中Weyl点附近的载流子能谱，无需复杂计算。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-carrier analyses of the transport properties of black phosphorus under pressure
我们报告的黑磷的电子输运性质，并分析它们使用一个双载流子模型在宽范围的压力高达2.5 GPa。在0.29GPa的半导态下，通过假设两种不同密度和迁移率的空穴共存，合理地再现了霍尔电阻的显著非线性行为。另一方面，1.01 GPa以上的磁输运性质的双载流子分析表明，具有几乎相同密度的高迁移率电子和空穴载流子共存，即，几乎补偿了黑磷的半金属性质。在半金属状态下，双载流子模型和量子振荡的分析表明，随着压力的增加，载流子密度有系统地增加。在低磁场下观察到的霍尔电阻率的符号反转表明在半金属黑磷中存在高迁移率电子（\sim 105 cm 2 V-1 s-1），其大约是空穴的十倍。我们的结论是，已经观察到的半金属态的极大的正磁电阻，不能再现由传统的双载流子模型。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Non-stoichiometry effects on the extreme magnetoresistance in Weyl semimetal WTe2
系统研究了外尔半金属WTe 2的非化学计量效应对极端磁电阻的影响。磁电阻和霍尔电阻率测量的Te空位和退火样品的略有差异，增加Te空位的生长样品。对双载流子模型的拟合表明，磁阻强烈依赖于剩余电阻率比（即，非化学计量的程度），这最终被理解为电子掺杂，其不仅打破了电子型和空穴型载流子密度之间的平衡，而且降低了平均载流子迁移率。因此，补偿效应和磁迁移率可能是WTe 2极端磁阻的主要驱动力。
2018-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistance in YBi and LuBi semimetals due to nearly perfect carrier compensation
钇和镥的单铋化物被认为是具有极强磁电阻和磁场诱导电阻率平台的新型材料的代表。在低温和9 T的磁场中，YBi和LuBi的磁电阻分别达到10,000%和1,000%的数量级。我们彻底检查这两种化合物的电子输运性质表明，所观察到的功能是几乎完美的载流子补偿的结果，而不是可能的非平凡的拓扑结构的电子状态。场致电阻率的平台可以用Kohler标度来解释。电子输运的各向异性多带模型很好地描述了电阻率和霍尔电阻率随磁场的变化关系。从Shubnikov-de Haas振荡分析获得的数据也证实了每个化合物的费米表面包含几乎等量的空穴和电子。电子能带结构的第一性原理计算与实验数据符合得很好。
2018-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-density dependence of magnetotransport in correlated Dirac semimetal CaIrO$_3$
The University of Tokyo（东京大学）；University of Tsukuba（筑波大学）
研究了CaIrO$_3$中磁输运性质随载流子密度的变化，发现低载流子密度下高迁移率和高横向磁电阻，支持狄拉克节点的k-线性色散。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Influence of Topology on the Ultrafast Carrier Dynamics in MoTe2
本研究利用共振X射线光发射技术，研究MoTe2不同拓扑相变前后的超快载流子动力学，发现1T'相载流子离域速度比Td相快1.5倍，揭示了拓扑结构对载流子行为的影响机制。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Epitaxial growth, magnetoresistance, and electronic band structure of GdSb magnetic semimetal films
基于稀土族元素化物（RE-V）晶体中的极磁阻效应（XMR）的观察以及基于薄膜半金属的新型自旋电子和等离子体器件的新兴应用，我们研究了生长在III-V族半导体表面上的外延GdSb薄膜的电子能带结构和输运行为。GdSb中的Gd 3+离子具有高自旋S=7/2，并且没有轨道角动量，作为一个模型系统，用于研究反铁磁有序和强交换耦合对RE-Vs的费米表面和磁输运性质的影响。我们提出了一个表面和结构表征研究，映射了在III-V晶格上生长的薄外延GdSb薄膜的最佳合成窗口。通过分子束外延匹配缓冲层。为了确定限制RE-V薄膜中XMR的因素并为RE-V拓扑相的能带结构预测提供基准，研究了GdSb薄膜的电子能带结构，比较了从磁输运、角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算中提取的载流子密度。ARPES显示空穴载流子丰富的拓扑平凡的半金属能带结构接近完全的电子空穴补偿，通过量子阱态的存在观察到的薄膜中的量子限制效应。DFT预测的费米波矢量与从磁场相关的电阻率测量中观察到的量子振荡获得的值非常一致。尽管空穴载流子密度较高，但测量到富电子霍尔系数，这归因于较高的电子霍尔迁移率。载流子迁移率受到表面和界面散射的限制，导致比体晶体测得的磁阻低。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ferromagnetism in chiral multilayer 2D semimetals
我们计算了手性多层二维半金属中存在稀浓度随机磁性杂质时的温度相关长程磁耦合，即，未掺杂的本征多层石墨烯。假设分离良好的磁性杂质之间存在载体介导的间接RKKY交换相互作用，而巡游载体介导杂质之间的磁性相互作用，我们利用有效手性哈密顿模型研究了本征多层石墨烯的磁性.我们发现由于石墨烯层的菱面体堆叠序列中态密度的增强，多层石墨烯的磁有序在连续极限下是铁磁的。的铁磁转变温度计算使用有限温度自洽场近似，并发现在实验范围内的杂质载流子耦合的合理值。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-doped magnetic Weyl semimetal LixCo3Sn2S2 by bulk-gating
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 新兴物质科学中心）；Department of Mechanical Engineering and Sciences, Kyoto University（京都大学机械工学与科学系）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理学系）；Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）；Quantum-phase Electronics Center and Department of Applied Physics, the University of Tokyo（东京大学量子相电子中心与应用物理系）
通过体相门控技术调控Co3Sn2S2中的载流子密度，实现电子掺杂超过5×10²¹ cm⁻³，验证了门控对量子材料性能的调控作用。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Landau levels in Weyl semimetal NbAs with multiple topological carriers
最近，Weyl半金属在反转对称性破缺和时间反转对称性破缺晶体中都被实验发现。外尔半金属中的非平凡拓扑结构可以表现出奇异的现象，这些现象已经被广泛的光电子能谱和输运测量研究。尽管人们对费米弧和手征反常做了大量的实验研究，但由于严格的实验要求，作为与手征反常密切相关的外尔费米子的一个独特标志，非常规零朗道能级的存在仍然是难以捉摸的。本文报道了外尔半金属NbAs中朗道量子化的磁光研究。高磁场驱动系统的量子极限，导致观察到零手征朗道能级在两个不等价的外尔节点。与其他朗道能级相比，第零手征朗道能级在z动量方向上具有明显的线性色散，并且可以实现光学跃迁，而不受z动量为零或磁场演化平方根的限制.第零朗道能级的磁场依赖性进一步验证了外尔锥的粒子-空穴非对称性。与此同时，从正常朗道能级的光学跃迁表现出多个载流子的共存，包括一个意想不到的大质量狄拉克费米子，指向一个更复杂的拓扑性质在反演对称性破缺外尔半金属。我们的研究结果提供了深入的了解外尔费米子的朗道量子化，并展示了一个有效的工具，研究复杂的拓扑系统。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrostatic Modulation of the Electronic Properties of Dirac Semimetal Na3Bi
在非晶SiO $_2$：Si衬底上生长了拓扑狄拉克半金属Na $_3$ Bi的大面积薄膜，以实现掺杂Si作为背栅的场效应晶体管。所生长的膜显示电荷载流子迁移率超过7，000 cm $^2$ /Vs，载流子密度低于3 $\times $ × 10 $^{18}$ cm $^{-3}$，与最好的薄膜Na $_3$ Bi相当。双极场效应和最小电导率观察，狄拉克电子系统的特性。结果定量地了解内的拓扑狄拉克半金属中的无序引起的电荷不均匀性的模型。由于反向能带结构，空穴迁移率显著大于Na $_3$ Bi中的电子迁移率，并且当存在时，这些空穴主导传输性质。
2017-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Carrier screening, transport, and relaxation in 3D Dirac semimetals
针对掺杂三维（3D）狄拉克材料中密度和温度相关的载流子电导率发展了一种理论，该理论聚焦于由于随机带电杂质（例如，掺杂剂离子和无意的背景杂质）。该理论适用于未掺杂的本征（“高温”，$T \gg T_F$）和掺杂的非本征（“低温”，$T \ll T_F$）限制，在两个制度中获得的载流子电导率的分析缩放特性，其中$T_F$是对应于掺杂的自由载流子密度（电子或空穴）的费米温度。描述电导率如何依赖于密度和温度的标度性质可以用于通过输运测量来建立3D系统的狄拉克性质。我们还考虑了三维狄拉克材料中声子散射对电导率的温度限制。此外，我们从理论上计算和比较的单粒子弛豫时间$\tas$，定义的量子级加宽，和传输散射时间$\tat$，定义的电导率，在存在屏蔽带电杂质散射。对存在长程屏蔽库仑无序的三维狄拉克材料的$\tat/\tas$结果进行了临界定量分析。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac topology, anomalous Hall response, and giant magnetoresistance in carrier-compensated altermagnetic semimetal NiS
Bennett University（贝内特大学）
研究通过多种理论方法确定六角形NiS为补偿型3d反铁磁半金属，其拓扑、磁性和晶格动力学相互交织。该材料有大的各向异性本征自旋霍尔电导率等特性，还揭示了其磁性相互作用，为相关化合物多功能量子响应提供设计原则。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interplay of Quasi-Quantum Hall Effect and Coulomb Disorder in Semimetals
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；King's College London（伦敦国王学院）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Renewable and Sustainable Energy Institute, National Renewable Energy Laboratory（可再生能源与可持续能源研究所，美国国家可再生能源实验室）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本研究通过调节Cd₃As₂中的缺陷浓度，实现了超低载流子浓度，揭示了准量子反磁效应与库仑杂音之间的相互作用，并展示了在TSMs中观察QQHE的复杂依赖关系。
2025-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Observation of the quantum Hall effect in confined films of the three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2
研究了三维Dirac半金属Cd3As2外延薄膜的磁输运性质。我们发现，一个能隙打开足够的薄膜的体电子态，在低温下，载流子驻留在表面状态占主导地位的电输运。处于这些状态的载流子足够移动以产生量子化的霍尔效应。尖锐的量子化表明，表面传输，几乎是免费的寄生体传导，并铺平了道路，在这类拓扑材料的新的量子输运研究。我们的研究结果还表明，异质结构的方法可以用来研究和工程的量子态的拓扑半金属。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and related effects on carrier transport in type-II Weyl semimetal WTe$_{2}$ thin film
本文研究了第II类Weyl半金属WTe$_{2}$薄膜中铁电性与金属性共存对载流子输运的影响，通过理论计算揭示极化源于非补偿带间跃迁，并指出其拓扑态诱导的磁滞在非易失存储器件中具有应用潜力。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Semimetal-antiferromagnetic insulator transition in graphene induced by biaxial strain
我们报道了在双轴应变下石墨烯中反铁磁自旋有序的第一性原理计算。使用混合泛函计算，我们发现，半金属石墨烯片在7.7%的双轴应变下经历了向反铁磁绝缘体的转变，并且带隙在这种转变开始后迅速增加，然后在12%的双轴应变下达到0.9 eV。我们研究了双轴应变时的反铁磁自旋有序与二维Peierls扭曲的竞争，发现前面的反铁磁绝缘体相阻碍Peierls绝缘体相。反铁磁绝缘体相是不稳定的载流子填充后，但稳健的中等载流子密度。这项工作表明，双轴应变石墨烯代表了一个高贵的系统，其中电子-电子和电子-晶格相互作用以简单但不平凡的方式相互竞争。
2012-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-tuning of the electrical-transport properties in the Weyl semimetal TaP
我们研究了几乎补偿的Weyl半金属TaP中电输运的压力演化。此外，我们获得了信息的费米表面拓扑结构的修改与压力的显着Shubnikov-de Haas（SdH）的量子振荡的霍尔效应和磁阻数据中存在的分析。同时分析的霍尔和纵向电导率的数据在两个带模型显示，只有微弱的电子和空穴电荷载流子密度下降到1.2 GPa，而迁移率基本上是压力无关的沿a方向的四晶结构。B的SdH频率只有微弱的变化||a和b|| c点在一个强大的费米面拓扑。与费米面拓扑结构和载流子密度的稳定性相反，我们的结果证明了B的横向磁电阻大小的强烈压力变化||a与b的结果相反||C.我们可以将前者与沿晶体学c方向的电荷载流子迁移率的增加联系起来。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Giant inverse Faraday effect in Dirac semimetals
研究了Bi基Dirac半金属薄膜中螺旋度相关的光电流。HDP在饱和前随膜厚的增加而增加，当多数载流子类型由电子变为空穴时改变其符号，当费米能级位于电荷中性点附近时出现一个尖峰。这些结果表明，照射的圆偏振光狄拉克半金属诱导一个有效的磁场，沿光自旋角动量对齐的载流子自旋，并产生沿膜法线的自旋电流。有效的磁场估计是数量级大于所造成的反法拉第效应（IFE）在典型的过渡金属。我们认为小的有效质量和大的$g$ -因子，狄拉克半金属与强自旋轨道耦合的特性，是负责巨大的IFE，打开路径，发展系统与强光自旋耦合。
2020-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling in semimetals in a high magnetic field
我们考虑了在高磁场中半金属中的电子-声子耦合效应，考虑了弹性模，它可以导致口袋之间载流子的重新分布。我们表明，在一个干净的三维系统中，在每个朗道能级交叉，这导致磁致伸缩的不连续性，和分散的弹性模量的贡献。我们估计这种影响的幅度在V族半金属铋。
2010-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport properties of the new-type topological semimetal ZrTe
我们报道了ZrTe单晶的磁电阻、霍尔效应和量子Shubnikov-de Haas振荡的第一个实验结果。ZrTe是一种新的拓扑半金属，具有三重简并交叉点和Weyl费米子态。霍尔效应和量子振荡的分析表明，ZrTe是一个多带系统，具有低载流子密度、高载流子迁移率、小费米面截面积和轻回旋有效质量，这与许多拓扑半金属一样。同时，磁阻和量子振荡频率的角度依赖性进一步表明，ZrTe具有三维费米面，这是相当复杂的。我们的结果为实现不同于狄拉克和外尔费米子的新三分量费米子的奇异量子现象提供了一个新的平台。
2017-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tracking ultrafast change of multiterahertz broadband response functions in a photoexcited Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$ thin film
Dirac半金属在红外和太赫兹波段的电磁响应在光电子学和非线性光学领域有着广泛的应用前景。自由载流子响应和带间跃迁之间的相互作用，在无间隙的线性色散关系中发挥了关键作用，使新的功能。在这里，我们调查超快动力学薄膜的光激发狄拉克半金属镉$_3$作为$_2$探测宽带响应函数作为复杂的数量在多太赫兹区域（10-45太赫兹，40-180毫电子伏，或7-30 $μ$米），其中包括交叉之间的带内和带间的响应。我们解决的光激发的非热电子与原来存在的载流子合并，形成一个单一的热化电子气，以及如何促进高密度激发的动力学。我们还表明，由80%的折射率的大幅减少占主导地位的非平衡红外响应，这可用于设计超快开关在有源光电子学。
2022-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport Properties and Fermi Surface Topology of Nodal line Semimetal InBi
该研究通过数学模型和实验分析，揭示了节线半金属InBi的电阻率上翘行为、极高磁电阻源于载流子补偿，并利用SdH振荡和DFT确定了其三维费米面拓扑及掺杂调制。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Observation of bulk nodal lines in topological semimetal ZrSiS
ZrSiS是研究最深入的拓扑结线半金属候选者，其被提出在其体电子结构中具有多个结线。然而，以往的角度分辨光电子能谱（ARPES）实验主要是探测表面态的真空紫外光。在这里，使用体敏感的软X射线ARPES，我们获得的体电子态的ZrSiS没有任何干扰的表面状态。我们的结果清楚地显示了两组三维体波节线，分别位于体布里渊区的高对称平面上和沿高对称线。高对称面上的节线通过载流子补偿钉扎在费米能级上，构成整个费米面。这意味着ZrSiS中的载流子完全由结线费米子贡献，这表明ZrSiS是研究与结线相关的物理性质的显着平台。
2017-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Metal-chalcogen bond-length induced electronic phase transition from semiconductor to topological semimetal in ZrX$_2$ (X = Se and Te)
采用角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了体相ZrTe $_2$的低能电子结构.对ZrTe $_2$的ARPES研究表明，在费米能级上存在自由载流子，这一点得到了DFT计算的进一步证实。从ARPES数据估计的空穴和电子载流子密度的相等数量，点ZrTe $_2$的半金属。DFT计算进一步表明在$Γ$点处Te $p$和Zr $d$态之间的能带反转，暗示了ZrTe $_2$中的非平凡能带拓扑。因此，我们的研究第一次明确地表明，ZrTe $_2$是一种拓扑半金属。此外，比较能带结构的研究是在ZrSe $_2$上进行的，其示出了在$Γ(A) $和$M (L)$高对称点之间具有0.9 eV的间接带隙的电子结构的半导体性质。在下文中，我们表明金属-硫族元素键长在从半导体到拓扑半金属的电子相变中起关键作用，所述拓扑半金属从ZrSe $_2$进入到ZrTe $_2$。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Controlling magnetoresistance by tuning semimetallicity through dimensional confinement and heteroepitaxy
通过能带结构工程控制电子特性是现代半导体器件的核心。在这里，我们将这个概念扩展到半金属，利用LuSb作为模型系统，我们表明，量子限制升降机载流子补偿和差异影响的电子和空穴类载流子的迁移率，导致其大的，非饱和的磁阻行为的强烈修改。半金属（LuSb）和半导体（GaSb）异质外延界面处的键合失配导致了一种新型的二维界面空穴气的出现，并伴随着跨界面的电荷转移，这提供了另一种途径来修改超薄极限中的电子结构和磁输运性质。我们的工作奠定了一个一般的战略，利用有限的薄膜的几何形状和异质外延界面的工程师在半金属系统中的电子结构，这允许控制其磁阻行为，同时，提供了深入了解其起源。
2022-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Leveraging Electron-Phonon Interaction to Enhance Thermoelectric Power Factor in Graphene-Like Semimetals
电子-声子相互作用（EPI）可能对半导体的热电性能有害，因为它限制了载流子的迁移率。在这里，我们表明，增强的EPI具有很强的能量依赖性提供了一个内在的途径显着增加的塞贝克系数和热电功率因数，特别是在二维（2D）石墨烯类狄拉克带的背景下。该增加通过经由电子/空穴载流子的优先散射实现电子能量过滤来实现。我们证明了这一概念，通过实施国家的最先进的第一性原理计算方法，明确治疗EPI的二维无隙MOS $_{2}$同素异形体，它既有无质量狄拉克带和重费米子状态，作为过滤器。我们确定的最佳位置的重态，因此发病的过滤过程是在狄拉克点。我们的研究开辟了一条新的途径，通过在石墨烯类半金属中设计EPI或识别本质上具有特征电子结构的新化合物来获得功率因数。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci
High Electron Mobility and Large Magnetoresistance in the Half-Heusler Semimetal LuPtBi
具有高载流子迁移率和大磁电阻效应的材料在未来高性能磁电器件中具有潜在的应用前景，因此近年来受到广泛关注。在这里，我们报告的电子空穴补偿的半Heusler半金属LuPtBi，表现出极高的电子迁移率高达79000 cm 2/Vs的非饱和正MR高达3200%，在2 K的发现。值得注意的是，在300 K的迁移率被发现超过10500平方厘米/Vs，这是迄今为止在三维块体材料中报道的最高值之一。在低温下观察到的干净的Shubnikov-de Haas量子振荡和第一性原理计算一起表明，高的电子迁移率是由于晶体独特的能带结构引起的相当小的有效载流子质量。我们的发现提供了一种新的方法，通过设计一个合适的费米表面拓扑结构，从简单的电子空穴补偿半金属找到大的，高迁移率的MR材料。
2015-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport properties of proposed triply degenerate topological semimetal Pd$_{3}$Bi$_{2}$S$_{2}$
我们报告单晶Pd $_{3}$ Bi $_{2}$ S $_{2}$的输运性质，这已被预测为主机的非常规电子相的物质超越三维狄拉克和Weyl半金属。类似于几种拓扑系统，电阻率在低温下表现出场诱导的类金属-半导体交叉。在横向实验中观察到了大的、各向异性的、非饱和的磁电阻效应。在2 K和9 T时，MR值高达$\sim$ 1.1 $\times$ 10 $^{3}$ 1%。霍尔电阻率揭示了两种类型的电荷载流子的存在下，并已使用两带模型进行了分析。尽管密度大（$>$ 10 $^{21}$ cm $^{-3}$），但发现电荷载流子的迁移率相当高（对于空穴，$\sim$ 0.75 $\times$ 10 $^{4}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，对于电子，$\sim$ 0.3 $\times$ 10 $^{4}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）。所观察到的磁电性能表明，Pd $_{3}$ Bi $_{2}$ S $_{2}$可能是拓扑半金属家族的新成员，这可能在技术应用中具有重大影响。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Weyl semimetals as catalysts
寻找高效、低成本的催化剂是催化化学的主要驱动力之一。目前的催化剂设计策略集中在增加局部催化位点的数量和活性，例如析氢反应（HER）中二硫化钼的边缘位点。在这里，我们提出并证明了一个不同的原则，超越了本地网站优化，利用拓扑电子状态，材料的全局属性，刺激催化活性。对于HER，我们已经在过渡金属铌酸盐- NbP，TaP，NbAs和TaAs -中发现了优异的催化剂，这些过渡金属铌酸盐最近被发现是拓扑Weyl半金属。除了自由能的考虑，我们探讨了金属性，载流子迁移率和拓扑电子状态的作用，这些材料的显着HER性能。强大的拓扑表面状态和大的室温载流子迁移率的组合，这两者都源于体狄拉克带的外尔半金属似乎是良好的HER催化剂的配方。我们的工作为从新兴的拓扑材料领域发现新型催化剂提供了指导原则。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear transport due to magnetic-field-induced flat bands in the nodal-line semimetal ZrTe5
本研究针对极低载流子浓度的节线半金属ZrTe₅，发现电流与磁场同沿a轴时存在显著非线性输运且超量子极限下饱和，该现象可由平带与电荷puddle的共同作用解释，且符合Boltzmann平带输运理论。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Possible Experimental Realization of a Basic Z2 Topological Semimetal
我们报告的实验和理论证据表明，GaGeTe是一个基本的$Z_2$拓扑半金属与三种类型的载流子：体起源的电子和空穴以及表面态电子。这种电子的情况是定性类似的引物3D拓扑绝缘体Bi 2 Se 3，但重要的差异占一个前所未有的运输方案GaGeTe。高分辨率角分辨光电子能谱结合先进的能带结构计算显示一个小的间接能隙所造成的一个特殊的带反转在\textit{T}点的布里渊区GaGeTe。价带和导带的能量重叠将电子和空穴类载流子带到费米能级，而相应的色散之间的动量间隙保持有限。我们认为，GaGeTe的电子光谱的特殊性，拓扑物质的物理学具有根本的重要性，并可能提高材料的应用潜力。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Oscillations of magnetization in topological line-node semimetals
本文从理论上研究了拓扑线结半金属中deHaas-van Alphen振荡的相位。在这些半金属中，载流子的化学势基本上取决于磁场，与具有带接触线的三维金属中的相位相比，这种依赖性改变了振荡的相位。我们的研究结果阐明了最近的实验数据的Berry相的某些电子轨道在ZrSiS，ZrSiTe，和ZrSiSe。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct measurement of ferroelectric polarization in a tunable semimetal
铁电性，铁磁性的静电对应物，长期以来一直被认为与金属性不相容，因为电偶极子和外部电场被巡回电荷屏蔽。然而，最近的测量表明，在双层和三层的WTe $_2$，半金属过渡金属二硫属化物与破坏反转对称的电导的铁电开关的签名。该系统的一个特别有前途的方面是，电子和空穴的密度可以通过外部栅极电压连续调谐。这种自由度使得铁电性和自由载流子之间的相互作用，以前未探索的制度的调查。在这里，我们采用双层WTe $_2$的双栅介观器件中的电容传感直接测量在金属状态下的自发极化，并量化的传导和价带的极化上的自由载流子的效果，分别。我们比较我们的结果的低能量模型的电子带，并确定层极化状态，有助于运输和极化的同时。因此，双层WTe $_2$被证明是铁电金属的一个典型例子，并且是探索极性有序、铁电转变和在自由载流子存在下的应用的理想平台。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudo anomalous Hall effect in semiconductors and semimetals: A classical perspective
本文通过多谷模型分析证明半导体和半金属中看似反常的霍尔效应非线性可由经典洛伦兹力机制完全解释，并以ZrTe₅为例验证其贡献不可忽略。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Precise Fermi-level engineering in a topological Weyl semimetal via fast ion implantation
本研究通过加速器高能氢离子注入和理论计算，实现了拓扑Weyl半金属TaP费米能级至Weyl节点约0.5 meV的超精细调控，为体块量子材料性能调控提供了通用方法。
2023-10-11 cond-mat.mtrl-sci
NaAlSi: a self-doped semimetallic superconductor with free electrons and covalent holes
具有铁磷属元素化物“111”结构的三元层状sp导体NaAlSi在7 K下超导。使用密度泛函方法，我们表明，这种化合物是一种固有的（自掺杂）低载流子密度半金属与一些不寻常的功能。共价的Al-Si价带提供空穴，而在相邻Si层之间的沟道中传播的自由电子状Al 3s带刚好低于费米能级以产生电子载流子。费米能级（以及超导载流子）位于态密度的赝能隙内的一个狭窄而尖锐的峰。小峰来自于价带，这些价带几乎是纯Si的，准二维的，平坦的，并且与Al导带耦合。在1.6 K以上不超导的同构NaAlGe，除了少了一块小费米面外，几乎具有完全相同的能带结构。计算和讨论了Si和Na沿c轴位移引起的形变势。配对的机制似乎与其他几种轻掺杂的二维半导体（TiNCl，ZrNCl，HfNCl）有关，这还不是很清楚，但显然不是声子起源。
2010-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thermoelectric response across the semiconductor-semimetal transition in black phosphorus
本研究通过压力调控黑磷实现半导体到半金属的转变，追踪塞贝克系数演化，利用珀尔帖电导率揭示本征热电响应，阐明载流子散射对塞贝克系数的关键作用。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Universal Magnetoresistance Scaling in Layered Pd-based Multiband Metals Beyond Compensated Semimetal Regime
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
该研究发现洁净多带金属中存在一类新的大磁阻材料，其磁阻遵循单参数标度，揭示了无序、迁移率与对称性的相互作用。
2026-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Large enhancement of thermopower at low magnetic field in compensated semimetals
具有低电子密度的导体的热电性质可以通过施加磁场而显著改变。例如，最近的工作表明，狄拉克/外尔半金属与一个口袋的载体可以表现出很大的增强热电势时，受到足够大的领域，该系统达到极端的量子极限，其中只有一个朗道能级被占用。在这里，我们研究补偿半金属的磁热电性能，其中口袋的电子和空穴型载流子共存于费米能级。我们表明，当补偿接近完成时，这样的系统表现出巨大的增强热电势开始在一个小得多的磁场，使$ω_cτ> 1$，和严格的条件与极端的量子极限是不必要的。我们讨论了我们的结果，在最近的测量补偿外尔半金属磷化钽，其中观察到一个巨大的磁热电效应。我们还计算了补偿半金属的能斯特系数，并表明它具有最大值与增加磁场，这是远远大于在单带的情况下。在无耗散的限制，霍尔角是大的，热电响应可以描述在量子霍尔边缘状态，我们使用这种描述推广到多频带的情况下以前的结果。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field induced topological phase transition from a three-dimensional Weyl semimetal to a two-dimensional massive Dirac metal in ZrTe5
对称性保护的Dirac半金属可以通过破坏对称性而转变为Weyl半金属，从而产生手征反常和反常霍尔效应等奇异量子现象。研究表明，由于狄拉克半金属ZrTe 5的塞曼g因子大，沿b轴方向的带宽小，当塞曼分裂超过沿b轴方向的带宽时，沿b轴方向约8 T的磁场可以湮灭Weyl点，打开二维狄拉克质量带隙.这表现为磁电阻（MR）在8 T以上的急剧下降，这可能是由于与2D狄拉克点相关的第零朗道能级的轨道分裂引起的额外载流子，该狄拉克点是原始外尔点的后代。在低场和高场区域中的霍尔效应和不同的各向异性磁阻（AMR）提供了额外载流子的进一步证据。我们的实验揭示了Dirac半金属ZrTe_5中场致Weyl点湮灭的可能的拓扑量子相变，并给出了高场下MR下降的另一种解释。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tuned quantum Hall states in Dirac semimetal (Cd1-xZnx)3As2
拓扑狄拉克半金属（DSM）的发现不仅引起了人们对固体外尔物理的强烈兴趣，而且引起了人们对起源于DSM的拓扑相变的强烈兴趣。一个例子是控制维度以实现二维量子相位，例如量子霍尔和量子自旋霍尔状态。为了研究这些相，费米能级是一个关键的控制参数。从这个角度来看，我们在这里报告的载流子密度控制的量子霍尔态实现薄膜的DSM Cd 3 As 2。Zn的化学掺杂与静电门控相结合，使我们能够在宽范围内连续调整载流子密度，甚至跨越电荷中性点。对门调谐量子输运的综合分析揭示了线性色散子带的朗道能级形成及其对量子霍尔态的贡献。我们的工作也为研究DSM中Dirac点附近的低能物理铺平了道路。
2018-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Perfect charge compensation in extremely large magnetoresistance materials LaSb and LaBi revealed by the first-principles calculations
采用第一性原理电子结构计算方法，系统地研究了新近发现的超大磁电阻材料LaSb和LaBi的电子结构。我们发现LaSb和LaBi都是半金属，电子和空穴载流子处于完美平衡。计算的载流子密度在$10^{20}$ cm $^{-3}$的顺序是在良好的协议与实验值，意味着长的平均自由时间的载流子，从而高的载流子迁移率。利用半经典两带模型，完美的电荷补偿和高载流子迁移率自然地解释了（i）在LaSb和LaBi中观察到的XMR;（ii）XMR对外部磁场的非饱和二次依赖性;以及（iii）在非常低的温度下导通温度行为中的电阻率平台。不借助拓扑效应对这些特征进行解释表明，它们应该是所有理想电子空穴补偿半金属的共同特征。
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Absence of metallicity and bias-dependent resistivity in low-carrier-density EuCd2As2
针对重掺杂EuCd₂As₂难以验证外尔半金属假说的问题，研究超低载流子密度晶体的磁输运特性，发现其为绝缘相且偏压可大幅调制电阻，为该体系反常输运机制研究提供约束。
2023-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermopower and thermal conductivity in the Weyl semimetal NbP
外尔半金属NbP表现出极大的磁阻（MR）和超高的迁移率。大的MR源于电子型和空穴型载流子之间近乎完美的补偿和高迁移率的组合，这与拓扑能带结构有关。在这项工作中，我们报告的温度和场依赖性的热电势和导热系数的实验NbP。此外，我们进行了补充热容，磁化和电阻率测量。在9 T的磁场下，我们发现了一个在50 K时最大值为800 $μ$ V/K的巨绝热磁热电势。在散装材料中很少观察到如此大的影响。我们认为，这种效应的起源可能与高的电荷载流子迁移率。我们进一步观察到显着的量子振荡的热导率和热电。所得到的频率比较以及与我们的热容和磁化数据。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large anomalous Hall angle in a topological semimetal candidate TbPtBi
研究了具有简单能带结构的磁场诱导拓扑半金属TbPtBi反铁磁半Heusler单晶的磁输运性质。我们发现，在强磁场（B> 7 T）下，反常霍尔电阻率随磁场的变化具有非单调性，这是由于在外加磁场作用下，类塞曼分裂引起的能带结构的变化。实验结果表明，该样品的电阻率和电导率异常值分别达到0.6798mΩcm和125Ω-1cm-1。在TbPtBi中获得了高达33%的大AHA，这与典型的铁磁Weyl半金属相当。分析结果表明，这是由于电场附近的拓扑能带和低载流子密度造成的。
2020-11-13 cond-mat.mtrl-sci
