近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心副研究员张警蕾与研究员田明亮课题组、浙江大学袁辉球课题组合作，在静水压调控拓扑材料ZrTe ₅能带结构研究中取得新进展。相关研究结果以Disruption of the Accidental Dirac Semimetal State in ZrTe ₅under Hydrostatic Pressure 为题在美国物理学会期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表。

自上世纪80年代以来，层状的ZrTe ₅作为一种传统的热电材料而广受关注。最近的研究表明，单层ZrTe ₅是一类大能隙的二维拓扑绝缘体；而由层状ZrTe ₅堆积而成的三维体材料则处于三维强、弱拓扑绝缘体相变点附近。另一方面，针对ZrTe ₅的输运和角分辨光电子能谱测量表明该材料属于三维狄拉克半金属。由于ZrTe5电子结构对晶格参数非常敏感，因此细微的晶格参数改变都可能导致其在强、弱拓扑绝缘体态、狄拉克半金属态之间发生相互转变。

压力是调节晶格参数最为有效的方法。利用活塞式压力包，研究人员对ZrTe ₅电子态在0~2.5GPa压力区间的演化进行了深入研究。实验发现，磁场方向沿着晶体b轴方向时，ZrTe ₅的磁阻随着压力的增加会迅速地减小。此外，当压力高于2GPa时，ZrTe ₅的量子振荡相位会由拓扑非平庸变为拓扑平庸。这表明静水压破坏了ZrTe ₅的“偶然”狄拉克半金属态。另一方面，磁场方向沿着晶体c轴时，ZrTe ₅磁阻与量子震荡几乎不受到静水压的影响。对不同磁场方向的量子振荡分析结果显示，伴随着狄拉克半金属态的消失，ZrTe ₅费米面由各向异性极强的准二维结构演变成各向同性的三维结构。这一结果有力地支持了ZrTe ₅的狄拉克锥具有准二维特点。该工作对于理解ZrTe ₅“偶然”狄拉克半金属态具有重要意义。

该研究得到了国家重点研究计划项目、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金以及合肥大科学中心等项目的支持。部分实验数据在稳态强磁场实验装置多功能物性测试系统（PPMS）设备上采集完成。（来源：中国科学院合肥物质科学研究院）

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不同压力下ZrTe ₅的（a）磁阻（b）量子振荡（c）ZrTe ₅量子振荡频率以及有效质量随压力的变化；（d）不同压力下，ZrTe5朗道指数随磁场倒数的关系。