磁性半金属EuB6和量子反常霍尔效应研究进展

拓扑半金属研究：凝聚态物理的新领域

拓扑半金属，作为凝聚态物理的前沿热点之一，近年来备受关注。其独特性质使得它在非磁性材料中展现出了广泛的应用前景。根据能带交叉点的简并度和形状，拓扑半金属可分为狄拉克半金属、外尔半金属和nodal-line半金属等。

在深入研究拓扑半金属的过程中，研究人员已经在非磁性材料中发现了大量的实例，如Na3Bi、Cd3As2、TaAs和Cu3PdN等。这些材料通过破缺特定的对称，可以实现拓扑半金属态之间的转化，例如通过破缺时间反演对称，狄拉克半金属可以转化为外尔半金属；而破缺镜面对称，nodal-line半金属则会转化为其他类型的拓扑半金属态。

当考虑到自旋-轨道耦合时，非平庸的拓扑不变量χ=1意味着该体系的能隙不能完全打开。根据体系的磁对称性，可能会呈现出nodal-line半金属或外尔半金属的特性。例如，在EuB6中，当磁矩方向不体系会展现出不同的拓扑性质。

除了观测非平庸的表面态，磁性半金属中的反常霍尔电导也是研究的重点。在磁性外尔半金属中，反常霍尔电导σxy近似于投影到z轴的正负外尔点间的距离。这意味着在EuB6等材料中，通过特定方向的量子阱制备，有可能实现量子化的反常霍尔效应。这一有趣的现象已经在实验上得到了验证，为未来的应用提供了新的可能性。

这项工作发表在Phys. Rev. Lett.上，得到了国家自然科学基金委、科技部、王宽诚基金和中科院等的支持。参与研究的合作单位还包括马普学会固体化学物理学研究所和美国斯坦福大学。

拓扑半金属的研究为凝聚态物理领域带来了新的机遇和挑战。随着研究的深入，我们有望在这一领域发现更多的新奇现象和潜在应用。