英文原題：Tuning multiple Landau Quantization in Transition-Metal Dichalcogenide with Strain

作者：Zihao Huang(黃子豪), Guoyu Xian(冼國裕), Xiangbo Xiao(肖湘波) Xianghe Han(韓相和)Guojian Qian(錢國健), Chengmin Shen(申承民), Haitao Yang(楊海濤), Hui Chen(陳輝), Banggui Liu(劉邦貴), Ziqiang Wang(汪自強), Hong-Jun Gao(高鴻鈞)

調控多種電子自由度，例如自旋、谷、軌道、贗自旋等自由度，是功能性電子學器件的物理基礎。拓撲表面態是一種自旋動量鎖定的二維電子態，擁有拓撲表面態的量子材料是一種理想的調控電子自由度體系，而朗道量子化是研究這種拓撲保護量子態多自由度的非常有效手段。近年來， NiTe₂、WSe₂等過渡金屬硫屬化合物（TMDs）材料體系被發現是一種雙拓撲材料，即在能帶結構中既具有第二類狄拉克錐，又擁有拓撲表面態。因此，該類材料為研究與調控受拓撲保護量子態的多種自由度提供了一個理想的材料平臺。然而基于TMDs拓撲量子態多自由度的調控尚未實現。

近日，中國科學院物理研究所高鴻鈞院士團隊的陳輝副研究員、楊海濤研究員同凝聚態理論與材料計算重點實驗室的劉邦貴研究員等人研究了TMD拓撲半金屬材料NiTe₂在應力調控下的多重朗道量子化現象。冼國裕和楊海濤等合成了高質量的NiTe₂樣品。黃子豪和陳輝等利用極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡，強磁場下在無表面應力的NiTe₂上觀測到單套朗道能級。經過仔細分析確認這些朗道能級來源于費米面附近谷簡并的拓撲表面態在磁場下的朗道量子化（圖1）。有趣的是，在單軸應力以及剪切應力存在的表面區域，觀測到了兩套以及三套朗道能級。多套朗道能級在應力表面區域穩定存在，預示著拓撲表面態的朗道量子化受表面應力的調控。

為了進一步研究了應力調控拓撲表面態谷自由度的機制，肖湘波和劉邦貴等開展了第一性原理計算的研究。他們發現：NiTe₂單晶中應力破壞了晶格對稱性，導致拓撲表面態的谷簡并被打破。拓撲表面態的谷分支朗道量子化產生的朗道能級不再簡并，從而衍生出多套朗道能級（圖2）。單軸應力部分打破NiTe₂單晶的三重旋轉對稱性，拓撲表面態谷簡并隨即被部分打破，產生兩套朗道能級。剪切應力則完全打破三重對稱性，導致拓撲表面態谷簡并被完全打破，產生三套朗道能級。

首次在實驗上觀測到TMDs材料NiTe₂中的受應力調控的谷極化拓撲表面態及其多套朗道量子化。該發現將有望在谷電子學、旋度極化器件和約瑟夫森二極管效應器件領域發揮重要作用。這種應力調控多自由度的方式可以拓展到其他擁有類似的豐富拓撲物性的TMDs材料。例如在PdTe₂等TMD超導材料中實現拓撲表面態的調控，有望實現新奇的磁通渦旋態。

相關論文發表在Nano Letters上，中科院物理所的博士研究生黃子豪、冼國裕和博士后肖湘波博士為文章的共同第一作者，陳輝、楊海濤和劉邦貴為通訊作者。