近日，复旦大学修发贤教授、张成青年研究员等发现了五碲化铪在强磁场下产生密度波并发生金属绝缘体相变的证据。实验中观察到的面内非线性电导和磁冻结态表明五碲化铪在磁场下具有一个复杂的相图，超出了之前提出的朗道能级嵌套机制。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。
五碲化锆、五碲化铪等层状过渡金属五碲化物接近拓扑半金属态，且具备低载流子浓度，在相对低的磁场下，即可形成高度简并的朗道能级，从而显著增强材料中狄拉克电子的关联作用。因此，五碲化物可用来实现可调的强关联拓扑态。
本研究另辟蹊径，采用非线性输运的手段来追踪偏压引起的电阻率变化随磁场的演化——常规材料的直流电阻处于线性区域，不受偏压影响；然而在电荷和自旋密度波等一些特殊电子态中，电子被局域势垒所束缚，一个相对不大的偏压即可使之重获自由，并对电阻率产生明显影响。
研究团队通过测量不同偏压下的纵向和横向微分电导，直接探测到了磁场下的密度波相变。出乎意料的是，研究者发现不只存在一维密度波，在面内方向同样存在密度波。此外，更高磁场下的绝缘态也可以通过偏压进行调控。这一现象对材料中的金属绝缘体相变机制给出了很强的限制。
不同磁场下纵向和横向电阻随偏压电场的演化
论文作者还构建了五碲化铪的相图：在外加磁场下，五碲化铪中的电子首先变为三维密度波态，并进一步在磁冻结效应的作用下变成局域电子；在大的外加偏压下，冻结的电子可逐渐重获自由，从而使得纵向和横向的电导都得以增强。
这一研究清楚地给出了磁场诱导的狄拉克电子多体相互作用的实验证据，并且表明了低浓度五碲化物是一个可用于研究强关联拓扑物理中新奇的集体激发态的理想体系。
论文链接：
Magnetic-field-induced nonlinear transport in HfTe5
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab208