單硅化物中的雙外爾聲子的預言

最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心的科研團隊在拓撲物態研究領域又取得了新的成果，首次在聲子體系中預言了三重簡併和四重簡併兩類「雙外爾點」，這項工作是繼「拓撲絕緣體」、「量子反常霍爾效應」、「外爾費米子」、「三重簡併費米子」之後在能帶拓撲領域的又一理論進展，為單晶固體材料中聲子拓撲態的研究開闢了新的方向。

近年來，拓撲能帶論在電子體系和光子體系中取得了很大成就，也萌生出了許多新興的研究方向。但聲子系統中的拓撲態大多還局限於對人工體系經典聲波的研究，能量尺度局限於KHz量級上。 然而參與熱導、電聲耦合的聲子都是量子力學極限下THz量級的聲子決定的。因此對於原子尺度上聲子拓撲性的研究具有十分重要的意義。

這個工作的第一第二作者為T03組方忠研究員的博士研究生張田田和宋志達，通訊作者為T03組的方辰特聘研究員和L01組的陸凌研究員，團隊其他成員是T03組的翁紅明研究員和耶魯大學的A. Alexandradinata博士。

這一研究組發現一組無中心對稱過渡金屬單硅化物MSi(M=Fe,Co,Mn,Re,Ru) 的聲子譜中廣泛存在兩種「雙外爾點」。

第一類雙外爾點是在布里淵區中心的所有三重簡併點，包括連接零能的三條聲學聲子模式，三條能帶的陳數分別為0，±2，他們稱之為「Spin-1 Weyl」點。第二類雙外爾點是布里淵區邊界角上的四重簡併點，由非簡單空間群保護，兩兩能帶的陳數分別為±2，他們稱之為「Charg-2 Dirac」點。與電、光系統的外爾點性質無異，聲子系統中的外爾點也有螺旋的表面態與體態的拓撲相對應的性質，因此MSi體態中的雙外爾點亦會有雙螺旋的表面態與之相應。MSi的雙螺旋表面態同樣可以用外爾斯特拉斯橢圓函數所生成的「非緊緻的黎曼面」描述。因為這類預言的材料真實存在，實驗結果也有望能證實這一預言。

文章鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.016401

編輯：zkai

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