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新型拓扑量子态研究获突破——首次实验证实二硼化物中节线型拓扑电子态存在

| 2019-01-07

新型拓扑量子态的研究是近年来凝聚态物理研究的重要方向之一,主要包括从最初发现的拓扑绝缘体到最近发现的拓扑半金属材料等。这类材料中的一些导带和价带交叉点受到空间、时间或者晶体对称性的保护。   

当这些线性能带的交叉点靠近费米能级时,材料低能激发的准粒子性质和普通的薛定谔类型的准粒子激发会有很大区别,从而导致材料表现出新奇的物理性质。按维度分类,这些交叉点可以分成零维的节点(Dirac nodes)和一维的节线(nodal-line)。节点型材料最近被广泛地研究和报道,如在狄拉克、外尔和三重简并的半金属材料中分别发现了四重、两重以及三重简并的节点。一维的节线有着更多变的构型,目前只在少数材料中发现了某些构型的节线型电子结构。

中国人民大学物理学系王善才教团队、雷和畅团队、刘凯团队,与微系统所刘中灏、沈大伟团队共同合作,利用角分辨光电子谱(ARPES)实验方法,首次实验证实了拓扑半金属TiB2和ZrB2材料中存在两类受到不同晶体对称性保护的节线型电子结构。不同于以往发现的孤立节线,这两类节线相交于一点,形成nodal-link型的奇特电子结构。此外,相对于已经被报道的其他节线型材料,该材料的费米面主要由节线构成且和其他能带无互相干涉,该材料为进一步研究狄拉克节线费米子提供了一个理想的平台。同时该研究还将节线型电子结构特性的研究范围扩展到像二硼化物这类自旋轨道耦合相对较弱的材料。相关论文发表在Physical Review X 8,031044 (2018)和npj Quantum Materials 3,43 (2018)。该工作受到国家自然科学基金、国家重点研发计划和人民大学科研基金支持。