【摘 要】
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近年来,人们发现了一类特别的半金属——Weyl半金属,其一些独特的性质引起了人们极大的兴趣。Weyl半金属表面上有一个非封闭的费米弧,它的准粒子激发是由Weyl方程描述的Weyl费米子来实现的。Weyl费米子总是成对出现或者湮灭,而且一对Weyl费米子具有相反的手性,在动量空间里充当一对磁荷。单重Weyl半金属的每个Weyl点携带一个单位磁荷,可以被看作是石墨烯的三维类似物,它在Weyl点附近的色
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近年来,人们发现了一类特别的半金属——Weyl半金属,其一些独特的性质引起了人们极大的兴趣。Weyl半金属表面上有一个非封闭的费米弧,它的准粒子激发是由Weyl方程描述的Weyl费米子来实现的。Weyl费米子总是成对出现或者湮灭,而且一对Weyl费米子具有相反的手性,在动量空间里充当一对磁荷。单重Weyl半金属的每个Weyl点携带一个单位磁荷,可以被看作是石墨烯的三维类似物,它在Weyl点附近的色散在所有的三个方向上都是线性的。与单重Weyl半金属不同,多重Weyl半金属的每个节点都携带有大于1的单极磁荷,稳定的多重Weyl半金属中的Weyl点受到拓扑保护。不同于单重Weyl半金属,多重Weyl半金属只沿一个动量方向而不是三个方向显示相对论动力学,这导致了许多物理性质的不同。各向异性磁电阻效应是一种基本的磁输运现象,它存在于各种各样的材料中,包括磁性材料,自旋轨道耦合系统,拓扑材料等。与各向异性磁电阻伴生存在的一般还有平面霍尔效应,不同于传统的霍尔效应其磁场、电场以及电流在一个平面内。一般认为,各向异性磁电阻效应起源于各向异性的色散或各向异性的散射,在大多数情况下,它是π周期的。最近,理论研究者发现,在单重Weyl半金属中外加磁场时,其各向异性磁电阻效应是由手性异常引起的,且Weyl锥存在倾斜时周期存在并非为π的情况。我们注意到关于Weyl半金属的磁阻问题的相关工作,在各类理论模型中大多都是外加磁场,通过外加磁场再结合Weyl半金属的性质运用半经典玻尔兹曼方程进行计算。对于磁性Weyl半金属,磁性杂质的引入会导致本征的磁化强度,它应该也会导致本征的各向异性磁电阻。另外,针对多重Weyl半金属的各向异性磁电阻效应,其物理图景和内部机理研究相对尚少。基于此,我们研究了掺杂的磁性多重Weyl半金属的各向异性磁电阻效应以及平面霍尔效应。为此,我们采用了线性响应理论结合格林函数和Kubo公式等手段计算了有磁性杂质掺杂、无外磁场的情况下的多重Weyl半金属的电导率,以此揭示其各向异性磁电阻效应的相关特性。通过计算和分析,我们在多重Weyl半金属中发现了一个违反经典双重对称的2π周期的各向异性磁电阻效应。它是由磁掺杂的本征磁化引起,单极磁荷对这一新颖的周期为2π的各向异性磁电阻的影响很大。在单重和三重Weyl半金属中,沿x方向或等效的沿y方向的倾斜是存在非零各向异性磁电阻所必不可少的条件。然而,对于双重Weyl半金属,就算没有倾斜周期为2π的各向异性磁电阻仍然存在。值得注意的是,相比于其他两种情况,三重Weyl半金属电导率的振荡相位是反相的。我们将电导率分解为π和2π两个部分,在所有三种情况下,主导的2π贡献的振幅几乎随磁化强度线性增加。此外,磁性杂质散射强度对振幅也有很大影响。另外,我们研究了平面霍尔效应,其中双重Weyl半金属是最为突出的,不论有无倾斜、不论倾斜沿着x还是z方向都展现出了2π的周期。我们的工作将有助于更深入地理解多重Weyl半金属的磁电阻效应。
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