肖孟、邱春印、刘正猷带拓扑荷节面半金属研究取得进展

新闻网讯（通讯员物轩）近期， Science Advances （《科学进展》）发表了题为“Experimental demonstration of acoustic semimetal with topologically charged nodal surface ”（《带拓扑荷节面声学半金属的实验演示》）的研究论文，介绍了一种新的拓扑物态——带拓扑荷节面半金属，并提供了刻画该新物态的有效紧束缚哈密顿量。

署名单位为斯坦福大学和武汉大学，肖孟教授和叶莉萍博士后为第一作者，邱春印教授、刘正猷教授和范汕洄教授为论文的共同通讯作者。这项工作的合作者还包括武汉大学的博士后何海龙。该研究受国家自然科学基金委重大项目等基金资助。

近年来，新拓扑非平凡态的研究在凝聚态物理、光学和声学等领域备受关注，并且成果显著，如二维量子自旋霍尔效应和拓扑无能隙半金属，以及三维Weyl半金属、Dirac半金属、节线半金属和节面半金属等。Wely点处拓扑荷的存在使得能带的简并变的稳定，并产生了一系列有趣的现象。然而，已知的节线、节面半金属没有携带陈数拓扑荷，人们还不清楚拓扑荷是否存在于更高的维度。探索高维带拓扑荷能带简并不仅丰富了拓扑半金属族，而且可以使得拓扑电荷的控制更加灵活，从而改变手征异常和负磁阻等相关现象的表现形式。

这项实验研究报道了一种新的拓扑物态——带拓扑荷节面半金属，并提供了刻画该新物态的有效紧束缚哈密顿量。同时，研究人员构造了三维的声子晶体(见图1)，通过实验探测拓扑表面态揭示了带拓扑荷节面的存在（见图2）。此外，肖孟的另外一个工作中也指出了带拓扑荷节线半金属的存在以及大量与拓扑荷相关的新现象（PRB 99, 094206 (2019)），为拓扑材料设计提供了新的机遇。

图1：带拓扑荷节面的3维声子晶体

图2：拓扑表面态的实验探测

论文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/6/8/eaav2360.abstract

（编辑：付晓歌）