稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户南京大学借助SHMFF变温X射线衍射仪（XRD）设备，对费米面经过精确调控的II类Weyl半金属WTe1.98中的各向异性Adler-Bell-Jackiw（ABJ）反常效应进行了深入研究并取得新进展。该研究成果以Experimental Observation of Anisotropic Adler-Bell-Jackiw Anomaly in Type-II Weyl Semimetal WTe1.98 Crystals at the Quasiclassical Regime为题，发表在国际期刊《物理评论快报》上 (Physical Review Letters 118, 096603 (2017); doi: 10.1103/PhysRevLett.118.096603)。
ABJ反常现象是一种产生于量子涨落下无质量的Weyl费米子螺旋对称性破缺的奇异现象。此前，ABJ反常现象主要在高能粒子物理中被观测到，但最近在Weyl半金属（如TaAs，NbAs和TaP等）中也观测到该现象。理论预言，在II类Weyl半金属中，由于费米面上的费米弧，造成的一个突出特性就是具有各向异性的输运性质，如各向异性的ABJ反常现象。因此在II类Weyl半金属中，当外磁场和电场平行时，就能观测到ABJ反常引起的负磁阻效应。当磁场不平行于电场或者温度高于阈值温度时，这一负磁阻效应就会消失。目前，角分辨光电子谱实验宣称在II类Weyl半金属中观测到了费米弧。最近，科研人员在厚度仅几个原子层的WTe2层状材料中，通过电场调控，观测到沿b方向的负磁阻效应。一个很自然的问题是：能否把电子掺入WTe2晶体中，从而直接观测到ABJ反常现象？显然，电子掺杂的WTe2可能具有永久性的ABJ反常现象而无需电场条件。
在本工作中，南京大学的研究人员借助SHMFF变温X射线衍射仪（XRD）设备，在费米面经过精确调控的WTe1.8晶体样品中，发现了II类Weyl半金属中的各向异性ABJ反常效应的证据。
首先，通过调节Te的含量实现对WTe2的电子掺杂，从而达到对费米面的精确调控。其次，通过精确的实验测量，在WTe1.98晶体样品的费米能级中观测到了各向异性的ABJ反常现象。CW是一个定量表征沿a和b轴方向ABJ反常的参数，在WTe1.98单晶样品中，当温度T=2K时，沿着不同方向的CW值分别为0.030和0.051 T-2。同时，通过变温XRD确定不同温度的晶格参数，从而确定不同温度的晶体结构。
依据不同温度下的晶体结构，对材料进行第一性原理计算，从而对实验现象和物理机制进行了深入的解释。研究发现，对温度敏感的ABJ反常现象归因于II类Weyl半金属到平庸金属的相变。理论电子输运研究揭示，WTe1.98中沿着a和b方向的各向异性的ABJ反常现象归因于准经典区域的电输运。这一工作可能预示着电子掺杂的WTe2是一个研究II类Weyl半金属奇异性质的理想体系。
文章链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.096603。
稳态强磁场实验装置中的变温X射线衍射仪可进行低温、高温下晶体结构的X射线衍射谱测量，其低温范围为15K-300K，高温范围为300K-1700K，测角仪角度范围为0.1°到140°，角度分辨率为1/10000°。
图：（a）WTe1.98在温度35K的X射线衍射谱；（b）WTe1.98的晶格参数随温度的变化。
