合肥光源用户在拓扑半金属材料TaNiTe5中类铁电极化与类狄拉克表面态共存研究中取得新进展
时间 : 2023-06-08     

铁电材料具有非中心对称的晶体结构并且能够产生自发极化。一般来说,铁电性存在于绝缘体或者半导体中,由于自由电子的屏蔽效应,在金属中不存在铁电性。在上世纪六十年代,Anderson和Blount提出在反演不对称晶体结构的金属体系中可能存在铁电金属,此后研究人员不断尝试探索金属体系中的铁电性,但一直以来对具有铁电性的金属材料仍发掘较少,缺少有突破性的研究成果。 

拓扑半金属是一种无能隙电子态的材料,可以分为狄拉克半金属、外尔半金属、节线半金属以及三重简并半金属等。理论预言TaNiTe5是拓扑节线半金属,具有典型的节线能带。上海交通大学的张文涛教授、罗卫东教授和钱冬教授等结合角分辨光电子能谱、扫描隧道显微镜、原子力显微镜以及第一性原理计算,在TaNiTe5的(010)面观察到了狄拉克表面态和铁电极化,并提出了在该材料中非中心对称的表面弛豫可能是其铁电性质的起因。该项研究为铁电表面的电荷分布和新型表面态的共存提供了重要依据。 

在研究过程中,研究人员利用合肥光源BL13U角分辨光电子能谱站对TaNiTe5进行了高分辨能带结构测试,揭示了TaNiTe5(010)面的类狄拉克表面态,与第一性原理计算的结果相符合。另外,还在TaNiTe5布里渊区中心观察到了能带交叉,并发现两条能带S1和S2起源于表面态。研究成果以“ Coexistence of Ferroelectriclike Polarization and Dirac-like Surface Statein TaNiTe5”为题发表在《物理评论快报》上。

 
 
  
图. 角分辨光电子能谱与DFT得到的TaNiTe5的费米面与能带结构 

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.106802