（通讯员 冯奥博 胡浩）9月19日，国际权威期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，简称PNAS）在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心徐刚教授题为《蜂窝状晶格LnSI中的拓扑半金属态》（Topological semimetal in honeycomb lattice LnSI，Doi:10.1073/pnas.1713261114）的论文。该成果由徐刚教授与美国斯坦福大学的聂思敏博士后、Fritz B. Prinz教授、张守晟教授合作完成，徐刚教授为通讯作者，华中科技大学为第一署名单位。
作为全新的量子物态，拓扑半金属材料因其丰富奇特的电子特性（如费米弧的存在）以及在未来自旋电子器件中的潜在应用价值，在世界范围内得到了广泛关注，相关研究在基础物理和应用物理两个方面均有重要意义。从理论预言到实验证实，以HgCr2Se4、TaAs等为代表的外尔半金属一直是凝聚态物理的研究热点。但是，目前已发现的外尔半金属中，其费米能级附近的能带结构非常复杂，存在大量外尔节点和普通费米面共存的现象，这给费米弧的实验观测和负磁阻的物理起源研究带来了许多争议。因此，研究者们迫切渴望找到具有简单能带结构的理想外尔半金属。为此，徐刚教授与合作者构造了一种特殊的三维蜂窝状模型，对其拓扑性质进行了理论分析与研究。研究发现，该模型可以实现丰富多样的拓扑物态，包括理想外尔半金属、三维拓扑绝缘体、节点线半金属以及外尔点和节点线共存的新型拓扑半金属。沿着这一思路，并结合第一性原理计算，徐刚教授等发现LnSI (Ln=Lu, Y和Gd)系列材料的电子结构完全符合上述模型，并具有相应的非平庸拓扑态；其中LuSI、YSI是三维拓扑绝缘体，GdSI是只有两对外尔节点且存在两条长费米弧的理想外尔半金属。该项研究提出了一种新的外尔节点的形成机制，为设计和寻找拓扑半金属指明了新方向，其预言的理想外尔半金属GdSI引起了多个实验组的巨大兴趣，为外尔物理的研究及相应的电子器件设计提供了一个理想平台。
徐刚教授于2016年10月回国来我校任教，现为国家脉冲强磁场科学中心强磁场物理研究所负责人，主要从事凝聚态理论研究及奇异量子材料的计算模拟。此前，徐刚教授已在铁基超导体、拓扑物质态等领域取得了多项重要研究成果，发表SCI论文35篇，其中包括Physical Review Letters、Nature子刊等国际权威期刊15篇。在拓扑物质态方面的研究成果包括：1）把凝聚态中电子态按照拓扑分类的概念从绝缘体推广到了半金属，首先提出双外尔半金属的概念（Phys. Rev. Lett 107, 182806）。2）设计了两种实现高温量子反常霍尔效应的新方案（Nano letters 15 (3), 2019-2023；Phys. Rev. Lett 115, 186802）。3）提出两种实现拓扑超导态的新方案（Phys. Rev. Lett 117, 047001）。进校以来，徐刚教授依托国家脉冲强磁场科学中心的平台优势，与物理学院凝聚态方向的老师广泛合作，成立了强磁场相关理论物理研究团队，搭建了科学计算模拟平台，积极开展凝聚态物理领域的科学研究，为强磁场下物理实验研究提供理论支撑，推动强磁场下前沿、基础科学研究的发展。
该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1713261114
