块体铋中的磁电阻与谷自由度

本文中，我们首先基于半经典理论回顾多谷系统中的磁电阻基本方面。随后我们将回顾一个典型多谷系统中磁电阻的实验证据与理论理解，其中电导率由不同谷的贡献之和决定。块体铋具有三个具有极各向异性有效质量的谷。因此，每个谷中的磁电导率对磁场方向极为敏感。于是，旋转磁场起到了谷阀的作用，调节每个谷对总电导率的贡献。除这一简单的半经典效应外，在强场极限下由于复杂的朗道谱而出现了其他现象。在量子极限附近，磁场方向显著影响各谷中载流子的分布，即由磁场诱导了谷极化。此外，实验发现远超过量子极限时，一个或两个谷变得完全空。这是凝聚态物理中唯一一种费米海在无金属-绝缘体转变情况下被磁场完全蒸干的情形。关于铋在量子极限附近存在两个长期未决的问题：空穴的大各向异性塞曼分裂，以及量子振荡中无法归属于任何已知朗道能级的额外峰。前者通过考虑由自旋轨道耦合引起的带间效应得以解决，后者则通过孪晶晶体的贡献得以解释。至此，整个谱均可在一粒子理论框架内得到解释。最后，我们将讨论该系统中谷对称性破缺的输运与热力学特征。