碲化物中由量子几何结构驱动的门控可调巨负磁阻效应

《Nature Communications》：Gate-tunable giant negative magnetoresistance in tellurene driven by quantum geometry

　　

摘要

在传统的二维电子气体中，负磁阻效应是一个众所周知的现象，但其起源在具有非平凡量子几何结构的复杂拓扑材料中仍然是个谜。在这里，我们报告了在n型碲化物薄膜中观察到的巨大负磁阻效应，其值达到了零场电阻R₀的-90%。这种效应在低温下可持续到35 T，并且当化学势偏离导带Weyl节点时会被抑制，这表明其具有量子几何起源。我们提出了两种机制：量子几何效应对扩散过程的增强，以及磁电自旋相互作用——在内在的反演破坏极场\({{\boldsymbol{{\mathcal{E}}}}}\)和外加磁场B的作用下，这种相互作用会锁定在回旋运动的Weyl费米子的自旋，使其运动轨迹偏离其引导中心\(({{\boldsymbol{{\mathcal{E}}}}}\times {{{\bf{B}}}})\cdot \sigma\)。由此导致的扩散增强效应使得\(\Delta {R}_{zz}/{R}_{0}=-{\beta }_{g}{({{\boldsymbol{{\mathcal{E}}}}}\times {{{\bf{B}}}})}^{2}\)成立，其中β_g由量子几何结构决定。我们的发现证实了磁输运过程中存在一种量子几何性的、非马尔可夫的记忆效应。