1T’-MoTe2结构相变的红外光学研究

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外尔半金属是一类具有拓扑非平庸的能带结构的材料体系。外尔费米子是它的低能激发,可以用外尔方程来描述。外尔费米子是由于时间反演破缺或空间反演破缺,由狄拉克费米子分成两个手性相反的费米子。在凝聚态材料TaAs,TaP,NbAs,NbP中,理论预言和实验验证了外尔费米子的存在,被称为第一类外尔半金属,具有直立的狄拉克锥并遵守洛伦兹对称性。近年来,发现WTe2,Td-MoTe2属于第二类外尔半金属,具有显著倾斜的狄拉克锥,而且不遵守洛伦兹对称性。因为第二类外尔半金属在外尔点附近的能带,具有显著倾斜的特征,表现出新的奇异的物理性质,受到人们热切关注。红外光谱的能量范围在1.2mev--1.8ev之间,这个能量范围大约和自由电子带内跃迁的能量相当,故可用来探测固体中电子对光的吸收信息。通过对固体材料进行红外光谱的反射或透射实验,可以得到自由电子的光学响应。然后根据自由电子的光学响应,一方面可以得到固体中电子与其他准粒子的相互作用,研究其电荷动力学问题;另一方面可以用来探测固体中电子跃迁行为,得到固体中电子结构的信息,特别是费米面附近的电子能带的填充信息。本文用红外光谱技术探究了1T′-MoTe2到Td-MoTe2结构相变的产生原因。1T′-MoTe2到Td-MoTe2结构相变,是高温相的中心对称非拓扑态到低温相的非中心对称拓扑态之间的拓扑相变。我们测量了1T′-MoTe2随温度变化的电阻率,可以看到大约在250K左右发生了结构相变。然后我们测量了1T′-MoTe2在300K和8K,即相变前后的红外光谱。可以看到经过相变之后,Td-MoTe2低能部分自由载流子的Drude分量的谱重有很大一部分丢失,谱重丢失反应的费米面的丢失,丢失之后有因能带重组而打开新的能隙,可以在8K的光电导谱上800波数范围左右看到因为能隙打开而出现的新峰。费米面的丢失意味着该体系电子总能量的降低,电子总能量的降低很有可能是1T′-MoTe2到Td-MoTe2结构相变的诱因。
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