研究人员利用强磁场红外光谱技术，发现三维拓扑绝缘体HfTe5在强磁场下发生了三次拓扑相变，由于拓扑绝缘体独特的能带反转和零级朗道能级自旋极化特征，其零级朗道能带在强磁场下发生交叉，同时引起拓扑相变，从而形成“一维外尔模”，其色散和自旋织体类似于三维外尔半金属。
一维外尔模的发现，为探索低维外尔费米子的物性提供了平台。该研究在给出一维外尔模红外光谱学证据的同时，还探究了一维外尔费米子独特的电磁响应。研究人员不仅在强磁场远红外光谱上观察到一维线性能带的发散光学吸收，还在脉冲强磁场输运测试中观察到一维外尔费米子手征异常导致的负磁阻现象。由朗道能带所实现的外尔费米子与来源于传统布洛赫能带的相比，具有严格一维、准粒子参数高度可调、超高态密度等优点。这些特征证实了外尔费米子的一维特征和特殊的电磁响应。
“该研究提供了一种在三维体系中，通过磁场约束等效降低维度，实现低维物理研究的方法。”袁翔说，“一方面找到了最低维外尔费米子，另一方面对一维外尔费米子的光学和电学性质开展了研究，对一维外尔费米子的性质有了一定的认识。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01364-5