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。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。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。　

物理所等理论预言单硅化物中的双外尔声子