拓扑材料镧系锑化物PrSb和DySb的高压物性研究

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拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质,这些性质是由于拓扑量子态受到了严格的对称性保护。拓扑量子态对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的稳定性,并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件,乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。众所周知,想要调制材料的物理性质手段有很多,其中想要改变材料的性质但又不引入杂质,压力这一手段是较为纯净的。研究发现,高压下拓扑材料会发生结构相变、能带反转等众多物理性质的改变,这为探究拓扑材料的属性打开了一扇大门。本文在广泛调研了拓扑材料的研究进展以及高压下的实验发现的基础上,对拓扑材料镧系锑化物DySb和PrSb在高压条件下的电输运进行研究。采用金刚石压砧(DAC)结合综合物性测量系统实现高压环境下,对材料的电阻率、霍尔系数、磁阻等进行测量,观察到了一些有趣的物理现象,并对其进行分析和讨论。本研究为探索拓扑材料的高压下的性质提供了实验支持和数据积累,具有较重大的科学意义和研究价值。首先,我们对拓扑材料镧系锑化物PrSb在不同静水压下(最高压强P=5.72GPa)电阻率随温度的变化进行测量,发现PrSb在常压下是顺磁性的,通过压力的调制,其从VanVleck顺磁体转变为感应矩反铁磁体。这是由于Pr3+的4f’2构型在X点接近单重态-单重态,且纵向激子的能量随着施加压力的减小而减小所导致的。另外,高压下霍尔系数的研究发现,该材料是一种补偿半金属,对于场相关的霍尔电阻率呈现非线性行为,表明在传输过程中涉及了不止一种类型的载流子。在不同温度下,霍尔系数随压力的变化不同,在15K温度下,霍尔系数在4.7GPa时变号,说明系统是一种电子空穴补偿的机制。然后,我们对拓扑材料镧系锑化物DySb进行高压电阻、磁阻的测量(最高压强P=22.51GPa),研究发现DySb在10K出现反铁磁转变。在13.24GPa之后,电阻率增加较快,反铁磁转变也随之变弱,超导状态出现在此压力下,Tc=2.28K。300K时的电阻率随着压力的增大先减小后增大,最小值出对应着超导转变的出现。超导性的出现可以归因于发生了NaCl-CsCl型结构的转变。MR在10.2GPa附近,斜率发生变化,这也对应着超导转变的发生。
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