[发明专利]基于弱测量的外尔半金属类型识别及外尔锥倾斜测量方法

说明书

本发明公开了一种基于弱测量的外尔半金属类型识别及外尔锥倾斜度测量方法，基于第一类外尔半金属和第二类外尔半金属外尔锥倾斜对其中光自旋霍尔效应影响的不同，利用基于弱测量的光自旋霍尔效应测量装置获取待测外尔半金属固体材料中光自旋霍尔效应放大位移，并依据光自旋霍尔效应放大位移变化，确定待测外尔半金属固体材料的类型；而且，进一步利用光自旋霍尔效应放大位移对外尔锥倾斜度的极端敏感性，实现对外尔锥倾斜度的准确测量。

技术领域

本发明属于拓扑半金属技术领域，涉及外尔半金属材料，尤其涉及基于弱测量的外尔半金属类型识别及外尔半金属外尔锥倾斜度测量技术。

背景技术

外尔半金属是一种以无质量的外尔费米子为准粒子的新奇拓扑量子态，其在2011年被万等人理论预言，并迅速成为凝聚态物理领域的研究热点。2015年，研究者首次通过实验验证了TaAs是破坏空间反演对称性的外尔半金属，并观察到了这类材料的标志性特征，即外尔点和连接两外尔点的费米弧。值得注意的是，由于外尔点附近的外尔锥通常是直立的，外尔费米子满足洛伦兹对称性，因此这类材料也被称为第一类外尔半金属。此后不久，一种新型的外尔半金属——第二类外尔半金属在材料得到预测和证明。例如WTe₂和MoTe₂中陆续被预言和实验证明。这些新材料具有与第一类外尔半金属类似的成对存在的外尔点与受拓扑保护的费米弧。然而，第二类外尔半金属中位于外尔点附近的外尔锥是严重倾斜的，因此相应的电子色散关系在外尔点附近不满足洛伦兹变换对称性，从而导致了第二类外尔半金属迥异于传统外尔半金属和其他材料的新奇性，如：动量空间的Klein隧穿、磁场选择性的手性反常、各项异性的负磁阻及固有的反常霍尔效应等。这些发现使研究者们对进一步探索外尔锥倾斜相关的物理效应产生极大兴趣，如何有效区分外尔半金属类别及表征外尔锥倾斜度也成为了当前拓扑光电子器件发展中的一个热点问题。

光自旋霍尔效应指的是光束经过非均匀介质后，自旋角动量相反的光子在垂直于入射面的横向相互分离，造成的自旋分裂现象。由于对于材料结构参数十分敏感，光自旋霍尔效应常被作为一种探针应用到精密测量领域。光自旋霍尔效应在三维外尔半金属中有重要应用。陈等人探究了外尔点分离对于自旋轨道耦合的影响，并利用自旋轨道耦合引起的自旋相关分裂实现了对外尔点分离的表征。然而目前主要研究主要集中于含直立外尔锥的第一类外尔半金属中。然而，目前专门针对外尔锥倾斜在所有化学势变化范围内影响光自旋霍尔效应过程中扮演的角色及相关应用还未有报道。

发明内容

针对上述现有技术中缺少外尔锥倾斜方面的研究，本发明的目的提供一种基于弱测量的外尔半金属类型识别方法，实现对外尔半金属类型的表征。

本发明的另一目的旨在提供一种基于弱测量的外尔半金属外尔锥倾斜度的测量方法，实现对外尔半金属外尔锥倾斜度的精确测量。

本发明的发明思路为：通过向待测外尔半金属固体材料施加外部栅极电压，使待测外尔半金属固体材料的化学势μ能够满足然后，以第一类外尔半金属固体材料或第二类外尔半金属固体材料的布儒斯特角为入射角，通过基于弱测量的光自旋霍尔效应测量装置获取光自旋霍尔效应位移；通过位移变化，判断固体材料的外尔半金属类型。进一步，通过光自旋霍尔效应位移与外尔半金属固体材料的外尔锥倾斜度的唯一对应关系，可以依据自旋霍尔效应位移大小来确定外尔半金属固体材料的外尔锥倾斜度。

基于上述发明思路，本发明提供的基于弱测量的外尔半金属类型识别方法，利用基于弱测量的光自旋霍尔效应测量装置，按照以下步骤进行：

S1调节待测外尔半金属固体材料化学势

通过向处于给定温度条件下的待测外尔半金属固体材料施加外部栅极电压，使待测外尔半金属固体材料的化学势μ满足表示普朗克常数；ω表示入射到待测外尔半金属固体材料上的光束频率；表示光子能量的比率；

S2获取光自旋霍尔效应位移