【產(chǎn)通社，11月3日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，其量子材料科學(xué)中心王健教授、謝心澄院士團隊在高質(zhì)量的三維層狀拓撲材料ZrTe5單晶中首次發(fā)現(xiàn)了一種新規(guī)律的量子振蕩——隨磁場呈對數(shù)周期的磁電阻振蕩。在強磁場下，該拓撲單晶參與導(dǎo)電的載流子都處于最低的朗道能級，也即進入了量子極限，研究團隊在該材料的量子極限以上發(fā)現(xiàn)了包含五個對數(shù)振蕩周期的明顯結(jié)構(gòu)，并進一步通過在不同樣品、不同磁場強度（最高58T）、不同實驗設(shè)備中進行多次驗證測量，最終確定了這一重要發(fā)現(xiàn)。

1930年，舒伯尼科夫(Lev Shubnikov)和德哈斯(W. J. de Haas)首次在鉍單晶材料中觀測到電阻隨磁場的倒數(shù)呈周期性變化的現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)被稱之為Shubnikov-de Haas(SdH)振蕩。由此開始，輸運實驗中的量子振蕩開始被物理學(xué)界所關(guān)注，并逐漸成為揭示新奇物理現(xiàn)象的一個重要研究工具。近90年中，研究者在包括金屬、金屬間化合物、半金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體在內(nèi)的諸多材料及介觀微結(jié)構(gòu)中都發(fā)現(xiàn)了量子振蕩。按照隨磁場變化的規(guī)律可以把量子振蕩分為不同的類型。目前已知的量子振蕩有兩大類：第一類量子振蕩表現(xiàn)為隨磁場的倒數(shù)呈周期性變化，起源于體系形成朗道能級，代表為磁電阻中的SdH振蕩。目前SdH振蕩已經(jīng)成為探測材料費米面信息和物性的重要實驗手段；第二類量子振蕩表現(xiàn)為隨磁場呈周期性變化，起源于介觀系統(tǒng)中的準粒子量子干涉，例如環(huán)狀和柱狀結(jié)構(gòu)磁電阻中的Aharonov-Bohm(AB)振蕩、Altshular-Aronov-Spivak(AAS)振蕩。歷史上，每一類量子振蕩的發(fā)現(xiàn)，都源于重要的物理機制，進而揭示出新的物理規(guī)律。

北大這一發(fā)現(xiàn)不同于以往所有已知的量子振蕩。研究團隊通過詳細的分析，證實傳統(tǒng)的量子振蕩理論，包括考慮了塞曼劈裂的SdH振蕩，都無法解釋最新發(fā)現(xiàn)的對數(shù)周期現(xiàn)象。這預(yù)示著該發(fā)現(xiàn)為量子振蕩家族增加了一個新的成員。此外，相對于已知的量子極限以外的量子態(tài)，例如分數(shù)量子霍爾態(tài)、魏格納晶體以及密度波相變等，該研究同時揭示了一種量子極限之外的新型量子態(tài)。

這項工作以“Discovery of log-periodic oscillations in ultraquantum topological materials”為題，于美國東部時間2018年11月2日發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊Science Advances【Science Advances, 4, eaau5096 (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aau5096】。北京大學(xué)王慧超博士、北京師范大學(xué)劉海文研究員為共同第一作者，王健和謝心澄為文章共同通訊作者。該工作的合作者包括武漢強磁場中心王俊峰研究員、李亮教授，浙江大學(xué)王勇教授，香港理工大學(xué)戴吉巖教授，美國橡樹嶺國家實驗室Jiaqiang Yan教授、David Mandrus教授等。威斯康星大學(xué)Robert Joynt教授、波士頓大學(xué)汪自強教授和清華大學(xué)翟薈教授在理論上提供了諸多建議。

這項工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金、華中科技大學(xué)脈沖強磁場開放項目、中國科學(xué)院先導(dǎo)培育項目、US Department of Energy, Office of Science, Basic Energy Sciences, Materials Sciences and Engineering Division、Gordon and Betty Moore Foundation’s EPiQS Initiative、Postdoctoral Fellowships Scheme of the Hong Kong Polytechnic University等經(jīng)費支持。

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.pku.edu.cn。（robin, 張底剪報）     （完）