材料的电阻随外加磁场而变化的行为称为磁阻（MR）效应。自从磁阻效应被发现以来，磁阻材料已被广泛应用于信息存储、传感器等诸多领域。磁性多层薄膜中巨磁阻（GMR）效应的发现，使得磁存储技术产生了质的飞跃。随着器件向更高集成度、更小型化、更高能效的趋势发展，寻找新型的巨磁阻材料一直是凝聚态物理和材料科学的重要研究方向之一。近十年来，随着人们对拓扑材料广泛而深入的研究，许多非磁性半金属材料被发现具有非常大的非饱和磁阻效应，即巨大磁阻（XMR）效应，例如Na₃Bi中与外磁场线性相关的XMR 【Science 350, 413 (2015)】 以及WTe₂中与外磁场二次方相关的XMR 【Nature 514, 205 (2014)】。

　　稀土金属的单磷族化合物RPn（R为稀土元素Sc、Y、La、Ce等，Pn为第五主族元素N、P、As、Sb、Bi）由于被预测存在拓扑非平庸的电子结构而重新吸引了研究人员的兴趣，却被发现其中都存在XMR现象。关于RPn这类材料中XMR行为的物理起源或微观机理，目前还存在许多争论。部分观点认为其中的XMR来源于拓扑非平庸的电子结构，而另一部分观点则认为是半金属的电子和空穴载流子的平衡在其中起了主要作用，可以用经典的电子-空穴补偿机制来解释其中的XMR。

　　YBi是RPn材料的典型代表，同样具有XMR效应。有一些理论计算认为YBi具有拓扑非平庸的电子结构，从而把XMR的起源归因于此；而另一些理论计算结合磁电输运实验却认为其中的XMR起源于电子-空穴的补偿机制，而且YBi的电子结构是拓扑平庸的，之所以有拓扑非平庸的结论是由于某些计算方法高估了其中的能带反转。这些争议的存在是由于缺少YBi电子结构的直接实验证据。

　　因此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所量子功能材料团队何少龙研究员课题组利用角分辨光电子能谱（ARPES）直接对YBi的电子结构进行了详细研究。通过YBi电子结构的ARPES实验结果，研究人员直接排除了其中存在能带反转的情形，说明YBi的电子结构是拓扑平庸的，从而排除了其中XMR的拓扑起源。进一步的，科研人员利用ARPES实验结果修正理论计算，得出YBi中的电子和空穴载流子的浓度是平衡的结论，也就是电子-空穴补偿机制可能是其中XMR的主要机制。

　　该工作以“Direct evidence of electron-hole compensation for extreme magnetoresistance in topologically trivial YBi”为题发表在Phys. Rev. B 103, 115119 (2021)。该工作得到国家重点研发计划（2016YFA0300600、2017YFA0303600、2017YFA0302901）、国家自然科学基金（11674367、11974364、U2032207、U2032204）、浙江省自然科学基金（LZ18A040002）、宁波市自然科学基金（2018B10060）和宁波3315项目的支持。

YBi的电子结构

　　（纳米实验室 肖绍铸）