拓扑绝缘体应用 物理所等理论预言单硅化物中的双外尔声子

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的科研团队，在拓扑物态研究领域取得新成果，首次在声子体系中预言三重简并和四重简并两类“双外尔点”，这项工作是继“拓扑绝缘体”、“量子反常霍尔效应”、“外尔费米子”、“三重简并费米子”之后，在能带拓扑领域的又一理论进展，为单晶固体材料中声子拓扑态的研究开辟了新方向。

近年来，拓扑能带论在电子体系和光子体系中取得很大成就，萌生出许多新兴的研究方向。拓扑绝缘体应用但声子系统中的拓扑态大多局限于对人工体系经典声波的研究，能量尺度局限于KHz量级上。然而，参与热导、电声耦合的声子均是量子力学极限下THz量级的声子决定的。因此，对于原子尺度上声子拓扑性的研究具有重要意义。

研究发现一组无中心对称过渡金属单硅化物MSi(M=Fe,Co,Mn,Re,Ru)的声子谱中广泛存在两种“双外尔点”。第一类双外尔点是在布里渊区中心的所有三重简并点，包括连接零能的三条声学声子模式，三条能带的陈数分别为0，±2，称之为“Spin-1 Weyl”点。拓扑绝缘体应用第二类双外尔点是布里渊区边界角上的四重简并点，由非简单空间群保护，两两能带的陈数分别为±2，称之为“Charg-2 Dirac”点。与电、光系统的外尔点性质无异，声子系统中的外尔点也有螺旋的表面态与体态的拓扑相对应的性质，因此MSi体态中的双外尔点亦会有双螺旋的表面态与之相应。MSi的双螺旋表面态同样可以用外尔斯特拉斯椭圆函数所生成的“非紧致的黎曼面”描述。因为这类预言的材料真实存在，实验结果有望能证实这一预言。

相关研究成果发表在Physical Review Letters上，研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家青年千人计划以及美国耶鲁大学博士后奖学金的支持。

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