最近，英国自然出版集团旗下期刊《Nature Communications》(影响因子11.47) 发表了我校物理系何洪涛副教授卢海舟副教授作为并列第一作者的学术论文《Negative Magnetoresistance in Dirac semimetal Cd3As2》(狄拉克半金属砷化镉的负磁阻)，详细介绍了他们在拓扑半金属研究的新进展。

　　固体的电阻在磁场下会发生改变，称为磁阻效应。这种效应在磁存储和磁感应器件中有着广泛的应用。因为洛伦兹力的作用，磁场总是阻碍电子向前运动，所以电阻总是随着磁场增大，导致正磁阻效应。自然界中，非磁性材料很少具有负磁阻，以前的一个例子是超低温下的弱局域化量子效应。在最近发现的拓扑半金属材料中，理论预测会出现第二种产生负磁阻的新机制。拓扑半金属的能谱被比喻成三维的石墨烯，导带和价带接触在有限个动量点，称为Weyl点(图1a)。在动量空间，Weyl点会出现配对的磁单极和反磁单极(图1b)。这种奇特的拓扑结构会产生一个类似高能物理中手征反常的物理效应，结果是当电场和磁场平行时，磁场会增益电流，产生一个半经典负磁阻效应。

　　这次观测到负磁阻的材料是Cd3As2狄拉克半金属。这种材料具有极高的迁移率(10的7次方平方厘米每伏秒)和极大的横向正磁阻，具有广阔的应用前景。虽然之前针对Cd3As2的报道已经有不少，但是都没有观察到磁场平行于电场时的负磁阻效应。原因是之前所有的样品载流子浓度都过高，而负磁阻来自磁单极，所以需要载流子浓度特别低的样品，使得费米面越靠近磁单极越好。这次实验中Cd3As2纳米带的载流子浓度为记录新低，数量级达到10的负16次方每立方厘米。在这样低的载流子浓度下，常温下仍然可以观测到负磁阻效应。这次实验样品来自香港科技大学王建农教授实验组。磁阻测量在何洪涛副教授（图2左）的量子输运实验室完成。卢海舟副教授（图2右）根据和香港大学沈顺清教授合作的理论工作，对数据分析提供了系统的支持。香港科技大学李惠博士，何洪涛副教授，和卢海舟副教授为文章的共同一作。此外，卢海舟副教授参与理论分析的北京大学贾爽研究组Princeton大学Hasan研究组关于第一种Weyl半金属TaAs负磁阻效应的工作近期也被《自然·通讯》接收。

图2

　　《自然·通讯》(Nature Communications)为英国自然出版集团旗下期刊，主要出版自然科学各领域颇具综合性并代表某一领域重大进展的高质量研究成果。根据汤森路透数据，《自然·通讯》2014年的影响因子为11.47。

　　本工作得到了南方科技大学科研启动经费，国家自然科学基金面上项目(批准号11204183和11374135)的支持。

文章链接：http://www.nature.com/ncomms/2016/160108/ncomms10301/full/ncomms10301.html