反铁磁半金属GdSb中极大磁电阻效应研究

摘要

具有极大磁电阻的半金属材料因其可能具有非寻常的拓扑电子结构、电输运特性,可为高能物理相关的狄拉克费米子、外尔费米子以及马约拉纳费米子的研究提供崭新的舞台,受到了广泛关注.本文通过助溶剂法合成高质量的GdSb单晶并系统地研究其结构、磁性、电输运等性质,发现该材料具有NaCl型晶体结构(空间群Fm-3m),并且在23.4 K附近经历反铁磁相变.电输运结果表明GdSb具有金属导电性,自旋无序效应可导致磁相变温度附近的电阻出现异常.更吸引人的是,样品在磁场(H=9 T)作用下,低温(2 K)电阻将出现平台,展示出极大的磁电阻效应(MR=12100％).通过霍尔效应及第一性原理计算,发现GdSb是多带及补偿型半金属,其中电子与空穴的数目相当.电子-空穴补偿及较大的载流子迁移率是极大磁电阻的来源.