手性異常(Chiral anomaly)是三維拓撲半金屬的重要物理特征之一。在輸運實驗上，研究人員經常把負的縱向磁阻效應視為手性異常存在的證據。但是最近的理論和實驗指出，其他機制也可以誘導出負的縱向磁阻，比如，中性/離子雜質導致的軸異常、電流的不均勻分布及電導漲落等。另外，對于沒有手性異常的拓撲絕緣體，在實驗上也能夠觀測到負的縱向磁阻。因此，負的縱向磁阻不能視為手性異常存在的確切證據。最近的理論計算表明，非平庸的貝里曲率和手性異常還可以導致另一個效應：平面霍爾效應，即當面內磁場與電流不平行或者垂直時，霍爾信號不為零。因此，如果實驗上同時觀測到平面霍爾效應和負的縱向磁阻效應，則可以給出手性異常存在的確鑿證據。

　　課題組研究人員以三維拓撲半金屬Cd3As2為研究對象，利用化學氣相輸運法生長出了高質量的納米片，并利用微納加工技術制備了納米器件。通過在面內旋轉磁場，發現在磁場平行于電流時，Cd3As2納米片展現出大的負縱向磁阻效應。而在電磁場不平行或者垂直的情況下，可以探測到與角度滿足cosqsinq關系的平面霍爾效應信號，與理論預言一致。進一步的實驗結果表明平面霍爾效應與負的縱向磁阻是隨溫度同步地變化的，意味著這兩個效應可能具有相同的物理起源，即：手性異常。同時發現，平面霍爾效應的幅值在弱場下正比于磁場的平方，而在強場下（>8.6 T）與磁場呈線性關系。

　　該研究工作給出了三維拓撲半金屬中存在平面霍爾效應的直接證據，對進一步研究三維拓撲半金屬中的手性異常具有重要意義。相關結果以“Probing the chiral anomaly by planar Hall effect in Dirac semimetal Cd3As2 nanoplates”為題目發表在Physical Review B [Phys. Rev. B 98,161110(R) (2018)]上。

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.98.161110。

　　(a)納米器件實驗結構圖；(b)不同溫度下的平面霍爾效應; (c) 不同溫度下的負縱向磁阻；（d）平面霍爾效應和縱向磁阻幅值隨溫度的變化關系；(e)平面霍爾效應的幅值隨磁場的變化。