鐵電材料具有非中心對稱的晶體結(jié)構(gòu)并且能夠產(chǎn)生自發(fā)極化。一般來說,鐵電性存在于絕緣體或者半導(dǎo)體中,由于自由電子的屏蔽效應(yīng),在金屬中不存在鐵電性。在上世紀(jì)六十年代,Anderson和Blount提出在反演不對稱晶體結(jié)構(gòu)的金屬體系中可能存在鐵電金屬,此后研究人員不斷嘗試探索金屬體系中的鐵電性,但一直以來對具有鐵電性的金屬材料仍發(fā)掘較少,缺少有突破性的研究成果。
拓?fù)浒虢饘偈且环N無能隙電子態(tài)的材料,可以分為狄拉克半金屬、外爾半金屬、節(jié)線半金屬以及三重簡并半金屬等。理論預(yù)言TaNiTe5是拓?fù)涔?jié)線半金屬,具有典型的節(jié)線能帶。上海交通大學(xué)的張文濤教授、羅衛(wèi)東教授和錢冬教授等結(jié)合角分辨光電子能譜、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡以及第一性原理計(jì)算,在TaNiTe5的(010)面觀察到了狄拉克表面態(tài)和鐵電極化,并提出了在該材料中非中心對稱的表面弛豫可能是其鐵電性質(zhì)的起因。該項(xiàng)研究為鐵電表面的電荷分布和新型表面態(tài)的共存提供了重要依據(jù)。
在研究過程中,研究人員利用合肥光源BL13U角分辨光電子能譜站對TaNiTe5進(jìn)行了高分辨能帶結(jié)構(gòu)測試,揭示了TaNiTe5(010)面的類狄拉克表面態(tài),與第一性原理計(jì)算的結(jié)果相符合。另外,還在TaNiTe5布里淵區(qū)中心觀察到了能帶交叉,并發(fā)現(xiàn)兩條能帶S1和S2起源于表面態(tài)。研究成果以“ Coexistence of Ferroelectriclike Polarization and Dirac-like Surface Statein TaNiTe5”為題發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。
圖. 角分辨光電子能譜與DFT得到的TaNiTe5的費(fèi)米面與能帶結(jié)構(gòu)
論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.106802