我校外尔(Weyl)拓扑半金属研究取得显著进展

我校物理科学与信息工程学院青年教师宋俊涛博士与北京大学陈垂针博士、苏州大学江华博士、美国波士顿学院汪自强(Ziqiang Wang)教授、北京大学孙庆丰教授、北京大学谢心澄院士合作，对外尔半金属中无序引起的金属-绝缘体相变研究取得显著进展，研究成果“外尔半金属中的无序与金属-绝缘体转变(Disorder and Metal-Insulator Transitions in Weyl Semimetals)”在《物理评论快报(Physical Review Letters)》发表(PRL 115, 246603)。

拓扑绝缘体体内能带结构是典型的绝缘体类型，而在材料的表面存在着穿越能隙的狄拉克型电子态，导致其表面是金属性的。人们预言并发现了狄拉克拓扑半金属、外尔拓扑半金属、拓扑超导体等拓扑体系，成为当前物理学研究焦点之一，外尔半金属的发现被英国物理学会主办的《物理世界(Physics World)》评为“2015年十大突破”之一。宋俊涛及其合作者利用实空间拓扑陈数(Chern Number)及自洽平均场理论，对无序杂质存在下外尔半金属演化行为进行了深入研究，证实了在无序杂质影响下两个手性相反的外尔点会相互靠近、相遇、湮灭消失并伴随能隙打开的演化行为，清楚展示了无序杂质使外尔半金属转变为普通绝缘体亦或三维量子反常霍尔态的拓扑绝缘体的条件，在国际上首次给出了外尔半金属拓扑相与杂质无序强度的完整相图。他们的研究成果为寻找、理解和研究外尔半金属及外尔费米子提供了理论支撑。

宋俊涛博士及其合作者长期进行拓扑体系研究。近期他们发现无序杂质作用下的一维、二维及三维拓扑体系，其边界态均表现出强的抗干扰性，在输运性质上展现为完美的整数电导平台；直至无序杂质非常强时，体系的拓扑性质才被完全破坏。部分研究结果分别被《Scientific Reports (ArXiv:1509.07609, in press)》及《物理评论B(Phys. Rev. B)》(PRB92 (2015)195119)接收和发表。他们的研究表明，通过在(准)拓扑绝缘体材料进行磁性掺杂或磁性镀膜，能实现可控的边界态输运，为低能耗拓扑量子计算提供了可行途径，研究成果在《新物理杂志(New J. Phys.)》(NJP17 (2015)113040)发表。

（供稿：物理科学与信息工程学院；编辑：网络新闻编辑部)