李世燕教授和他的合作者通过对WTe₂单晶样品电阻的量子振荡测量详细研究了其费米面，并通过压力来进行调控并观察其磁阻的变化，为揭示WTe₂中XMR的机理提供了重要的实验证据。这一结果发表在Phys. Rev. Lett. 115, 057202 (2015)。

   磁阻是材料的一个非常重要的输运性质。通常来说，简单金属的磁阻都会比较小而且会在高场下饱和，而在磁多层材料中存在巨磁阻效应（GMR），锰氧化物中存在庞磁阻（CMR）现象。近些年来，在某些非磁性化合物中人们也发现了异常大的磁阻。2014年10月，美国普林斯顿大学Cava研究组首先在层状过渡金属硫族化合物WTe₂材料中发现了极其大的磁阻【M. N. Ali et al., Nature 514, 205 (2014)】，并称之为XMR（extremely large magnetoresistance）。他们的研究结果表明，当电流沿着WTe₂晶体a轴而磁场沿着c轴时，在磁场为14.7T、温度为4.5K时，该材料的磁阻达到了4.5×10⁵ %；而在磁场为60T、温度为0.53K时，磁阻更是达到了惊人的1.3×10⁷ %，并且没有任何趋向饱和的迹象。他们通过第一性原理计算，提出电子和空穴数目的完美平衡是该半金属材料中出现XMR的原因。最近，李世燕课题组系统地测量了WTe₂在不同压力下的磁阻行为，如图1所示，对强磁场（至14.5T）及低温下（至0.3K）电阻的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡行为进行了仔细分析。在零场下，通过对振荡的傅立叶分析，首次观察到了四个主要振荡频率，如图2(b)所示，表明WTe₂中存在四个费米面，应分别为第一布里渊区沿Γ-X方向的两对电子和空穴费米面，如图2(a)所示【J. Jiang et al., Phys. Rev. Lett. 115, 166601 (2015)】。在外加压力下，他们发现随着压力增加磁阻的大小有一个显著的下降，通过对振荡行为的分析发现在一定压力下该体系费米面的结构发生了改变，其中一对电子和空穴费米面消失，而剩下的另一对电子和空穴费米面的相对尺寸在不断变大。这一结果支持了电子和空穴数目的完美平衡是导致WTe₂中出现XMR的原因。

图1：不同压力下WTe₂单晶的磁阻行为。可以清楚地看到，随着压力的增加WTe₂的磁阻有一个显著的下降，并且其量子振荡行为也发生了变化。

图2：不同压力下WTe2磁阻振荡的傅里叶分析图。零压下可以清楚地观察到四个主要振荡频率，对应四个费米面，如(a)中所示。随着压力增加，其中一对电子和空穴费米面消失，而剩下的另一对电子和空穴费米面的相对尺寸在不断增加。