时间：4月20日（周四）13:30

地点：勤园20-518

报告摘要：

在相对论极限下，电子可能会表现出超越薛定谔方程所描述的奇异量子隧穿行为，比如由狄拉克方程所预言的狄拉克电子的“完美隧穿”现象。这一强烈违反直觉的现象只有在极少数体系中被观测到，并且至今没有应用方案[1]。构成拓扑表面态的狄拉克电子不仅具有自旋-动量锁定的量子态，还具有线性的色散关系。我们成功地制备出了拓扑近藤绝缘体SmB₆纳米线[2]，之后再利用聚焦离子束设备将SmB₆纳米线制备成扫描隧道显微镜（STM）的探针。利用SmB₆纳米线探针，我们测量了反铁磁金属Fe_1.03Te的表面形貌[3]。虽然Fe_1.03Te具有50K的奈尔温度，但是只有当SmB₆的表面态形成时（温度低于10K[4-5]），我们才能通过SmB₆纳米线探针检测到材料的自旋结构。更重要的是，Fe_1.03Te表面的自旋条纹随着SmB₆纳米线偏压的反转而反转，如图1。相比之下，普通自旋极化的STM探针并不能通过改变正负偏压来探测不同的电子自旋态。这一现象说明SmB₆的拓扑表面态可以在无外加磁场的情况下，区分相反朝向的自旋结构。同时这一现象也表明了狄拉克电子的隧穿几率与其自旋/动量取向密切相关，可以基于这一性质设计新型自旋电子学器件。此外，我们的结果给出了一种新的STM探针的设计方案。

图1. A(B)，利用SmB6纳米线探针在+30mV (-30mV)偏压下测到的Fe1.03Te原子形貌图；C，红色（蓝色）曲线代表在图A（B）同一位置（虚线所示）获得的表面高度变化；D，狄拉克电子的隧穿过程；E(F)， 利用磁性极化的Cr探针在+35mV (-35mV)偏压下测到的Fe1.03Te原子形貌图；C，红色（蓝色）曲线代表在图E（F）同一位置（虚线所示）获得的表面高度变化；H，自旋极化的普通电子的隧穿过程。

参考文献：

[1] M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov & A. K. Geim, Nature Physics 2, 620 (2006).

[2] H. Gan et al., Cryst. Growth Des. 19, 845–853 (2019).

[3] Anuva Aishwarya, et al., Science 377, 1218 (2022).

[4] Lin Jiao, et al., Nature Commun. 7, 13762 (2016).

[5] Lin Jiao, et al., Sci. Adv., 4, eaau4886 (2018).

个人简介：

焦琳 浙江大学百人计划研究员，曾先后在美国国家强磁场实验室（Research Faculty I）、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 、德国马克斯普朗克固体物理化学研究所（洪堡学者）交流学习。目前的主要研究方向是利用极低温扫描隧道显微镜（STM），研究关联电子材料的奇异电子态。

近五年以一作或者共同通讯作者发表SCI论文10篇，含Nature, Science, PNAS, Sci. Adv., Nat. Commun.等。在ICM，SCES等重要国际会议上作邀请报告2次。代表性成果包括：（1）在UTe2中首次发现了手性对称的边缘态，为拓扑超导体提供了首个微观实验证据 （Nature 2020）；（2）在SmB6中实现了用电场调控Dirac电子自旋取向的新方案，为自旋电子器件的设计提供了新思路（Science 2022）；（3）在近藤绝缘体SmB6中发现了拓扑表面态存在的微观及宏观证据，以及磁性对拓扑表面态的破坏机制，为拓扑表面态的应用提供了方案（Sci. Adv. 2018; Nat. Commun. 2016）；（4）在重费米子超导体CeCu2Si2中发现无能隙节点超导的实验证据，并提出了一种无能隙节点的d+d-波超导配对机制（PNAS 2018）；（5）利用强磁场下的输运性质测量，发现了CeRhIn5存在磁场诱导的量子临界点，同时在磁有序相内观测到了费米面的突变（PNAS 2015）