近日，中科院合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心周建輝研究員和北京理工大學(xué)姚裕貴教授團(tuán)隊(duì)以及清華大學(xué)周樹(shù)云教授等合作，預(yù)言并在高溫相的電荷密度波材料Ta₂Se₈I中發(fā)現(xiàn)第三類外爾費(fèi)米子。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)它具有“三高”特性：高溫相、高陳數(shù)、高階傾斜項(xiàng)。相關(guān)論文以“Type-III Weyl semimetals: (TaSe₄)₂I”為題在Physical Review B上作為Letter形式發(fā)表。該工作受到編輯高度評(píng)價(jià)，被選為編輯推薦文章（Editors’Suggestion）。 

　　這項(xiàng)研究工作中，作者發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)稱性可以在外爾準(zhǔn)粒子運(yùn)動(dòng)方程中誘導(dǎo)出二階甚至更高階的傾斜項(xiàng)。不同于線性傾斜項(xiàng)，二階傾斜項(xiàng)在多重外爾半金屬（陳數(shù)為2或3）導(dǎo)致全新的第三類外爾費(fèi)米子。它具有獨(dú)特的費(fèi)米面：電子-電子或空穴-空穴口袋的費(fèi)米面在同一個(gè)高陳數(shù)的外爾點(diǎn)處相接觸（圖1(c)）?；谕鉅桙c(diǎn)的廣義傾斜項(xiàng)，作者提出了直觀且清晰的物理機(jī)制，可以統(tǒng)一地分類第一、二、三類外爾半金屬。值得指出的是，這種二階傾斜項(xiàng)在線性的外爾方程中不占主導(dǎo)，只有在高陳數(shù)的外爾半金屬中才能起主導(dǎo)作用。此外，由于高陳數(shù)的外爾半金屬尚缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)，這也使得人們過(guò)去一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它。  

　　角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)表明高溫相的Ta₂Se₈I（圖1(d)）具有第三類外爾費(fèi)米子的特征能量色散。另外，作者發(fā)現(xiàn)二階傾斜項(xiàng)導(dǎo)致第三類外爾半金屬的朗道能級(jí)的上翻現(xiàn)象以及手性朗道能級(jí)的劈裂，這些都可作為實(shí)驗(yàn)中診斷第三類外爾半金屬的指針性證據(jù)。

       事實(shí)上，低溫相的Ta₂Se₈I作為經(jīng)典的電荷密度波材料已經(jīng)被寫(xiě)入固體物理教科書(shū)，但是人們對(duì)于其高溫相的拓?fù)湫再|(zhì)和派爾斯相變機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠清楚。這項(xiàng)研究工作首次揭示了高溫相的Ta₂Se₈I中外爾半金屬的本質(zhì)，將為探討相關(guān)的新奇物性提供理論指引（如圖1(e) 所示）。作者預(yù)言的第三類外爾費(fèi)米子也被別的課題組在鐵磁材料X₂RhF₆（X=K, Rb, Cs）中發(fā)現(xiàn)（Phys. Rev. B 102, 195104 (2020)）。 

　　此次研究工作得到了中科院以及強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目支持。

      文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.103.L081402。