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创纪录！这种材料，登顶Nature！

微算云平台 · 公众号 · · 2025-02-04 08:30

正文

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研究背景

Weyl半金属是一类具有特殊电子结构的材料，因其在费米面上仅存在Weyl点，成为了研究热点。Weyl半金属具有独特的电磁响应和拓扑性质，广泛应用于自旋电子学、光电子学及量子计算等领域。然而，现有的Weyl半金属大多为金属导电，且存在大量不相关的电子态，这些态往往掩盖了Weyl费米子的独特性质，限制了其在新型器件中的应用。特别是，现有材料中的Weyl费米子常常与传统金属电子共存，导致研究和应用面临挑战。为了解决这一问题，科学家们提出通过化学掺杂和磁性调控等手段，设计具有纯Weyl点费米面的材料。

成果简介

有鉴于此，东京大学 Yoshinori Tokura团队、Ilya Belopolski等人在Nature期刊上发表了题为“Synthesis of a semimetallic Weyl ferromagnet with point Fermi surface”的最新论文。

研究者们通过化学工程在半导体Bi₂Te₃中掺入铬元素（Cr），成功实现了半金属Weyl铁磁体（Cr,Bi）₂Te₃。该材料的费米面完全由Weyl点组成，不含不相关的电子态，呈现出独特的半金属特性。通过先进的晶体合成技术，研究者们能够调控材料的电子结构，展示了一个独特的拓扑相图，包括切尔恩绝缘体、Weyl半金属和磁性半导体区域。

实验结果表明，该材料具有创纪录的反常霍尔角以及非金属导电性，验证了Weyl态的存在，并为新的自旋电子学和光学器件提供了理论依据和实验支持。 这一研究为实现零磁场下的Weyl自旋电子器件开辟了新的方向。