科研进展

拓扑节线半金属ZrSiSe中的“半缺失”Umklapp散射

信息来源:贾金锋研究团队

2018年10月,《自然-通讯》(Nature Communications)发表了上海交通大学物理与天文学院贾金锋研究团队的题为“Quasiparticle interference and nonsymmorphic effect on a floating band surface state of ZrSiSe”的研究工作【Nature Communications 9,4153 (2018)】。与南京大学,台湾中央研究院物理研究所,美国麻省理工学院的合作者一起,他们利用扫描隧道显微镜准粒子干涉技术在拓扑狄拉克节线(nodal line)半金属ZrSiSe的特征表面态,即浮动带表面态(floatingbandsurfacestate)上观测到“半缺失”型Umklapp散射过程,并阐明该过程为浮动带表面态的特征(fingerprint)物理性质。

ZrSiSe是2017年被实验验证的新一代拓扑半金属—狄拉克节线半金属的代表材料,其晶体结构具有的非点式空间群(nonsymmorphic spacegroup),这决定了其表面必然存浮动带型非传统表面态。然而,无论理论还是实验,对该类型表面态具备什么样的非常规物理性质都基本一无所知。

博士生朱朕在郑浩特别研究员和贾金锋教授的指导下通过单缺陷的准粒子干涉技术分别对ZrSiSe晶体(001)面上单个Si缺陷和Zr缺陷进行测量。首先在四重对称性的晶体表面发现具有二重干涉信号的Si缺陷,并且随着能量增加恢复四重对称性。其次在Zr缺陷上发现违反传统倒逆散射定义的“半缺失”Umklapp散射,结合计算和理论分析,发现该效应源于其晶体结构的非点式对称性产生的浮动带表面态,并适用于具有非点式对称性晶体结构的材料。

图:a. 浮动带表面态的示意图。b. “半缺失”型Umklapp散射过程及其理论计算。c,d. 二重干涉信号恢复四重对称性及其理论计算。

 

该项研究,首次揭示了“半缺失”Umklapp散射,这一浮动带表面态的标志性物理性质,为理解拓扑节线半金属奠定了基础。

该工作获得了国家自然科学基金委和科技部项目的支持。

论文链接https://www.nature.com/articles/s41467-018-06661-9