[發明專利]基于弱測量的外爾半金屬類型識別及外爾錐傾斜測量方法

有效

• 申請號: 202110239523.1
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113030016B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 羅朝明;宋益飛;劉碩卿
• 申請（專利權）人: 湖南理工學院
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/55;G01N21/21
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜

本發明公開了一種基于弱測量的外爾半金屬類型識別及外爾錐傾斜度測量方法，基于第一類外爾半金屬和第二類外爾半金屬外爾錐傾斜對其中光自旋霍爾效應影響的不同，利用基于弱測量的光自旋霍爾效應測量裝置獲取待測外爾半金屬固體材料中光自旋霍爾效應放大位移，并依據光自旋霍爾效應放大位移變化，確定待測外爾半金屬固體材料的類型；而且，進一步利用光自旋霍爾效應放大位移對外爾錐傾斜度的極端敏感性，實現對外爾錐傾斜度的準確測量。

技術領域

本發明屬于拓撲半金屬技術領域，涉及外爾半金屬材料，尤其涉及基于弱測量的外爾半金屬類型識別及外爾半金屬外爾錐傾斜度測量技術。

背景技術

外爾半金屬是一種以無質量的外爾費米子為準粒子的新奇拓撲量子態，其在2011年被萬等人理論預言，并迅速成為凝聚態物理領域的研究熱點。2015年，研究者首次通過實驗驗證了TaAs是破壞空間反演對稱性的外爾半金屬，并觀察到了這類材料的標志性特征，即外爾點和連接兩外爾點的費米弧。值得注意的是，由于外爾點附近的外爾錐通常是直立的，外爾費米子滿足洛倫茲對稱性，因此這類材料也被稱為第一類外爾半金屬。此后不久，一種新型的外爾半金屬——第二類外爾半金屬在材料得到預測和證明。例如WTe₂和MoTe₂中陸續被預言和實驗證明。這些新材料具有與第一類外爾半金屬類似的成對存在的外爾點與受拓撲保護的費米弧。然而，第二類外爾半金屬中位于外爾點附近的外爾錐是嚴重傾斜的，因此相應的電子色散關系在外爾點附近不滿足洛倫茲變換對稱性，從而導致了第二類外爾半金屬迥異于傳統外爾半金屬和其他材料的新奇性，如：動量空間的Klein隧穿、磁場選擇性的手性反常、各項異性的負磁阻及固有的反常霍爾效應等。這些發現使研究者們對進一步探索外爾錐傾斜相關的物理效應產生極大興趣，如何有效區分外爾半金屬類別及表征外爾錐傾斜度也成為了當前拓撲光電子器件發展中的一個熱點問題。

光自旋霍爾效應指的是光束經過非均勻介質后，自旋角動量相反的光子在垂直于入射面的橫向相互分離，造成的自旋分裂現象。由于對于材料結構參數十分敏感，光自旋霍爾效應常被作為一種探針應用到精密測量領域。光自旋霍爾效應在三維外爾半金屬中有重要應用。陳等人探究了外爾點分離對于自旋軌道耦合的影響，并利用自旋軌道耦合引起的自旋相關分裂實現了對外爾點分離的表征。然而目前主要研究主要集中于含直立外爾錐的第一類外爾半金屬中。然而，目前專門針對外爾錐傾斜在所有化學勢變化范圍內影響光自旋霍爾效應過程中扮演的角色及相關應用還未有報道。

發明內容

針對上述現有技術中缺少外爾錐傾斜方面的研究，本發明的目的提供一種基于弱測量的外爾半金屬類型識別方法，實現對外爾半金屬類型的表征。

本發明的另一目的旨在提供一種基于弱測量的外爾半金屬外爾錐傾斜度的測量方法，實現對外爾半金屬外爾錐傾斜度的精確測量。

本發明的發明思路為：通過向待測外爾半金屬固體材料施加外部柵極電壓，使待測外爾半金屬固體材料的化學勢μ能夠滿足然后，以第一類外爾半金屬固體材料或第二類外爾半金屬固體材料的布儒斯特角為入射角，通過基于弱測量的光自旋霍爾效應測量裝置獲取光自旋霍爾效應位移；通過位移變化，判斷固體材料的外爾半金屬類型。進一步，通過光自旋霍爾效應位移與外爾半金屬固體材料的外爾錐傾斜度的唯一對應關系，可以依據自旋霍爾效應位移大小來確定外爾半金屬固體材料的外爾錐傾斜度。

基于上述發明思路，本發明提供的基于弱測量的外爾半金屬類型識別方法，利用基于弱測量的光自旋霍爾效應測量裝置，按照以下步驟進行：

S1調節待測外爾半金屬固體材料化學勢

通過向處于給定溫度條件下的待測外爾半金屬固體材料施加外部柵極電壓，使待測外爾半金屬固體材料的化學勢μ滿足表示普朗克常數；ω表示入射到待測外爾半金屬固體材料上的光束頻率；表示光子能量的比率；

S2獲取光自旋霍爾效應位移