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蒋建华教授课题组在《Physical Review Letter》上发表高阶拓扑物理研究论文

近日,物理科学与技术学院蒋建华教授课题组在高阶拓扑物理方面取得重要突破,研究成果发表以“Higher-order Weyl semimetals”为题,发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letter上。蒋建华教授为唯一通讯作者,王海啸博士为第一作者,新时代赌城物理学院为第一单位。

       

       高阶拓扑绝缘体是目前凝聚态物理学的研究热点。在高阶拓扑绝缘体中,边界态打开了带隙,突破了拓扑绝缘体中的体-边对应关系。最新研究表明,高阶拓扑具有体-表面-角或体-表面-棱对应关系,从而产生了有趣的多维拓扑现象。另一方面,外尔(Weyl)半金属由于其异常的物理特性(例如,手性异常)及其与各种拓扑相的关联,而成为拓扑物理和材料研究的重点之一。尽管已经提出了高阶Dirac半金属,但是Weyl半金属仍然与高阶拓扑脱节。

      在该项工作中,蒋建华教授率先指出,高阶Weyl半金属可以看作是常规Weyl半金属和3D高阶拓扑相之间的中间相,从而建立了Weyl半金属和高阶拓扑的联系。他们提出了一个具有正方形螺旋结构的紧束缚模型,其中沿着z方向的螺旋转动结构引入了合成规范通量,而合成规范通量的大小等于z方向的波矢kz。通过计算在不同kz下的系统的拓扑不变量,如:陈数及四极子指标,系统在不同kz下是量子反常霍尔相或高阶拓扑绝缘相(或正常绝缘相),对应的中间相就是高阶Weyl半金属(或正常Weyl半金属)。进一步计算表明,高阶Weyl半金属通过同时显示手性费米弧表面态、拓扑棱态和动量依赖的分数棱态电荷表先出独特的性质,属于一类新型的高阶拓扑相。作为理论预言,蒋建华教授给出声学系统中高阶Weyl半金属的实例,并指出电子系统中潜在的高阶Weyl半金属候选材料。这项对高阶拓扑简并性的研究开启了拓扑物理学的前沿。

1 正常Weyl半金属与高阶Weyl半金属

       该项研究得到了国家自然科学基金(No.12074281,11904060)、江苏省特聘教授等项目的资助支持。

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