近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中科院合肥研究院强磁场科学中心田明亮和宁伟研究团队，利用SHMFF所属的水冷磁体WM1在拓扑半金属材料研究中取得新进展。该研究通过强磁场下的量子振荡测量，在二维层状化合物TaNiTe₅单晶中观察到非平庸的三维拓扑态。相关成果以“Three-dimensional topological semimetal phase in layered TaNiTe₅ probed by quantum oscillations”为题发表在Physical Review B上。 

三维拓扑半金属材料具有许多新奇的物性，在未来低能耗自旋电子器件中具有重要的应用价值，相关研究是凝聚态物理中的前沿课题。相对于二维材料体系相对较弱层间耦合，三维拓扑半金属在研究量子局限效应或构造范德瓦尔斯异质结、进行外场调控方面具有诸多优势。最近理论预言了一系列二维拓扑半金属材料，但目前只有极少被实验证明。 

在该项研究工作中，研究人员针对层状化合物TaNiTe₅单晶开展深入研究，理论预言该材料是二维拓扑半金属，在强磁场下的电输运测量和磁扭矩测量中，均观察到了明显的量子振荡行为。经过对这些量子振荡行为的分析，确认多个能带的载流子对材料性能有贡献，其中有两个能带具有非平庸的拓扑特征。通过对不同磁场方向下的量子振荡行为分析，进一步确认这两个能带具有近似球形费米面和三维椭球费米面，即层状化合物TaNiTe₅中存在非平庸的三维狄拉克费米子是三维拓扑半金属，而不是理论预言的二维拓扑半金属。层状TaNiTe₅通过机械剥离的方法非常易于得到薄层样品，为进一步开展相关器件构筑和性能提升提供了良好的条件。 

上述成果获得了重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。 

文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.035105 

图1. (a)高场下TaNiTe5的磁电阻行为； (b)SdH振荡傅里叶频谱分析 

图2. dHvA振荡和非平庸贝利相位