【产通社，11月3日讯】北京大学（Peking University）官网消息，其量子材料科学中心王健教授、谢心澄院士团队在高质量的三维层状拓扑材料ZrTe5单晶中首次发现了一种新规律的量子振荡——随磁场呈对数周期的磁电阻振荡。在强磁场下，该拓扑单晶参与导电的载流子都处于最低的朗道能级，也即进入了量子极限，研究团队在该材料的量子极限以上发现了包含五个对数振荡周期的明显结构，并进一步通过在不同样品、不同磁场强度（最高58T）、不同实验设备中进行多次验证测量，最终确定了这一重要发现。

1930年，舒伯尼科夫(Lev Shubnikov)和德哈斯(W. J. de Haas)首次在铋单晶材料中观测到电阻随磁场的倒数呈周期性变化的现象，这一发现被称之为Shubnikov-de Haas(SdH)振荡。由此开始，输运实验中的量子振荡开始被物理学界所关注，并逐渐成为揭示新奇物理现象的一个重要研究工具。近90年中，研究者在包括金属、金属间化合物、半金属、半导体以及绝缘体在内的诸多材料及介观微结构中都发现了量子振荡。按照随磁场变化的规律可以把量子振荡分为不同的类型。目前已知的量子振荡有两大类：第一类量子振荡表现为随磁场的倒数呈周期性变化，起源于体系形成朗道能级，代表为磁电阻中的SdH振荡。目前SdH振荡已经成为探测材料费米面信息和物性的重要实验手段；第二类量子振荡表现为随磁场呈周期性变化，起源于介观系统中的准粒子量子干涉，例如环状和柱状结构磁电阻中的Aharonov-Bohm(AB)振荡、Altshular-Aronov-Spivak(AAS)振荡。历史上，每一类量子振荡的发现，都源于重要的物理机制，进而揭示出新的物理规律。

北大这一发现不同于以往所有已知的量子振荡。研究团队通过详细的分析，证实传统的量子振荡理论，包括考虑了塞曼劈裂的SdH振荡，都无法解释最新发现的对数周期现象。这预示着该发现为量子振荡家族增加了一个新的成员。此外，相对于已知的量子极限以外的量子态，例如分数量子霍尔态、魏格纳晶体以及密度波相变等，该研究同时揭示了一种量子极限之外的新型量子态。

这项工作以“Discovery of log-periodic oscillations in ultraquantum topological materials”为题，于美国东部时间2018年11月2日发表于著名学术期刊Science Advances【Science Advances, 4, eaau5096 (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aau5096】。北京大学王慧超博士、北京师范大学刘海文研究员为共同第一作者，王健和谢心澄为文章共同通讯作者。该工作的合作者包括武汉强磁场中心王俊峰研究员、李亮教授，浙江大学王勇教授，香港理工大学戴吉岩教授，美国橡树岭国家实验室Jiaqiang Yan教授、David Mandrus教授等。威斯康星大学Robert Joynt教授、波士顿大学汪自强教授和清华大学翟荟教授在理论上提供了诸多建议。

这项工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金、华中科技大学脉冲强磁场开放项目、中国科学院先导培育项目、US Department of Energy, Office of Science, Basic Energy Sciences, Materials Sciences and Engineering Division、Gordon and Betty Moore Foundation’s EPiQS Initiative、Postdoctoral Fellowships Scheme of the Hong Kong Polytechnic University等经费支持。

查询进一步信息，请访问官方网站http://www.pku.edu.cn。（robin, 张底剪报）     （完）