博文

[转载]热点专题 | 拓扑半金属

已有 3022 次阅读 2020-7-14 15:07 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

为了展现国内外拓扑半金属研究领域代表性研究成果，促进同行交流，"Chinese Physics B"(CPB)编辑部邀请方忠、翁红明、方辰三位老师作为客座编辑，组织了“Topological semimetals”专题，敬请关注！

编者按

1594710056(1).png

| 方忠 中国科学院物理研究所

| 翁红明 中国科学院物理研究所

| 方辰 中国科学院物理研究所

金属和半金属内部的电子能带结构中存在着“费米面”。用原子物理中的概念做一个比喻的话，费米面上的电子相当于原子结构中的最外层电子。正如最外层电子决定了原子的一切化学性质，费米面上的电子则决定了金属在常温下的物理特性（良导电性、良导热性、可延展性等）。因此在传统的能带理论中，费米面的形状，及其附近的能带参数，如态密度、费米速度、有效质量等，是研究金属性质的重要依据。

对拓扑材料的理论和实验研究，是本世纪来凝聚态物理学研究的主流研究方向之一。近年来，随着拓扑能带理论的发展，人们认识到能带中波函数的信息（而不仅仅是能带的色散关系）也对体系的宏观性质有着重要的影响。在拓扑绝缘体和拓扑超导体的研究中，人们发现，对于一个绝缘体或超导体，其体内波函数的拓扑性质，决定了体系表面上的能谱性质，而后者则使得该体系在边界上体现出特异的导电性和一系列谱学表征性质。既然绝缘体和超导体等可以具有非平凡的拓扑性质，金属和半金属是否也可以具有呢？我们又将如何在理论上刻画，以及在实验中验证金属（半金属）中非平凡的拓扑性质？答案是肯定的：正如绝缘体的拓扑性质蕴含在价带的波函数中，金属和半金属的拓扑性质则蕴含在费米面上的波函数中。具有非平凡拓扑性质的金属或半金属，被称为拓扑半金属。人们在理论上发现，费米面的拓扑性质总是与导带和价带之间存在着非偶然的能带交点有关。因此拓扑半金属的研究也可以理解为对能带交点（又称拓扑能带交点）的研究，而拓扑半金属的分类，也往往以其中能带交点的几何属性（布里渊区中的点、线等）和简并度来命名，常见的有外尔半金属、狄拉克半金属、节点线半金属等。拓扑半金属研究的前沿，包括了如何研究系统分类拓扑半金属，预言、发现更多的谱学上和输运上的特异性，以及寻找性质更良好（迁移率高、费米面小等）的拓扑半金属材料等等。我国科学家在拓扑半金属这一新兴研究领域做出了令人瞩目的贡献。大家通过理论计算、样品制备、表征测量等密切合作，率先发现了狄拉克半金属、外尔半金属和三重简并点半金属等实际材料体系，让这一研究领域从理论走向实验，得到了更深入的发展。

本专题发表了来自拓扑半金属领域内几个最活跃的国内外研究小组的综述和原创研究，涉及了领域内的多个方向，如对新型拓扑能带交点（三重点、节点线等）的拓扑不变量的理论工作，关联体系（磁性材料和重费米子材料）中的外尔半金属的材料预言和实验工作，以及分析拓扑能带交点在外界参数变化时如何产生、湮灭以及演化的理论工作等。希望本专题能够对拓扑半金属领域研究同行有所帮助和启示，促进该领域的合作交流与发展。

TOPICAL REVIEW—Topological semimetals

Topology of triple-point metals

Georg W. Winkler, Sobhit Singh, Alexey A. Soluyanov

Chin. Phys. B, 2019, 28 (7): 077303

Stiefel-Whitney classes and topological phases in band theory

Junyeong Ahn, Sungjoon Park, Dongwook Kim, Youngkuk Kim, Bohm-Jung Yang

Chin. Phys. B, 2019, 28 (11): 117101

SPECIAL TOPIC—Topological semimetals

Single crystal growth, structural and transport properties of bad metal RhSb2

D S Wu(吴德胜), Y T Qian(钱玉婷), Z Y Liu(刘子懿), W Wu(吴伟), Y J Li(李延杰), S H Na(那世航), Y T Shao(邵钰婷), P Zheng(郑萍), G Li(李岗), J G Cheng(程金光), H M Weng(翁红明), J L Luo(雒建林)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (3): 037101

Electronic structure of correlated topological insulator candidate YbB6 studied by photoemission and quantum oscillation

T Zhang(张腾), G Li(李岗), S C Sun(孙淑翠), N Qin(秦娜), L Kang(康璐), S H Yao(姚淑华), H M Weng(翁红明), S K Mo, L Li(李璐), Z K Liu(柳仲楷), L X Yang(杨乐仙), Y L Chen(陈宇林)

Chin. Phys. B, 2020, 29 (1): 017304

Transport properties of topological nodal-line semimetal candidate CaAs3 under hydrostatic pressure

Jing Li(李婧), Ling-Xiao Zhao(赵凌霄), Yi-Yan Wang(王义炎), Xin-Min Wang(王欣敏), Chao-Yang Ma(麻朝阳), Wen-Liang Zhu(朱文亮), Mo-Ran Gao(高默然), Shuai Zhang(张帅), Zhi-An Ren(任治安), Gen-Fu Chen(陈根富)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (4): 046202

Tunable Weyl fermions and Fermi arcs in magnetized topological crystalline insulators

Junwei Liu(刘军伟), Chen Fang(方辰), Liang Fu(傅亮)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (4): 047301

Optical investigation of topological semimetal SrMnSb2

Zi-Yang Qiu(邱子阳), Zhi-Yu Liao(廖知裕), Xiang-Gang Qiu(邱祥冈)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (4): 047801

Local evolutions of nodal points in two-dimensional systems with chiral symmetry

Peiyuan Fu(符培源), Zhesen Yang(杨哲森), Jiangping Hu(胡江平)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (7): 077101

Structural, elastic, and electronic properties of topological semimetal WC-type MX family by first-principles calculation

Sami Ullah, Lei Wang(王磊), Jiangxu Li(李江旭), Ronghan Li(李荣汉), Xing-Qiu Chen(陈星秋)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (7): 077105

Scanning tunneling microscopic investigation on morphology of magnetic Weyl semimetal YbMnBi2

Zhen Zhu(朱朕), Dong Yan(严冬), Xiao-Ang Nie(聂晓昂), Hao-Ke Xu(徐豪科), Xu Yang(杨旭), Dan-Dan Guan(管丹丹), Shiyong Wang(王世勇), Yao-Yi Li(李耀义), Canhua Liu(刘灿华), Jun-Wei Liu(刘军伟), Hui-Xia Luo(罗惠霞), Hao Zheng(郑浩), Jin-Feng Jia(贾金锋)

Chin. Phys. B, 2019, 28 (7): 077302