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喜报∣我院陈洪祥副教授作为第一作者在《Advanced Materials》上发表论文

2022-08-20浏览次数:28

我院先进合金材料科研团队陈洪祥副教授,与中国科学院物理研究所、上海交通大学物理与天文学院、美国橡树岭国家实验室、中国人民大学、南方科技大学多家单位合作,作为第一作者,以福建工程学院为第三单位在国际著名材料类顶级期刊《Advanced Materials》(IF=32.086)上发表论文,题为“Topological crystalline insulator candidate ErAsS with hourglass fermion and magnetic-tuned topological phase transition”,实现了我院教师在该期刊的突破。

新型拓扑材料和拓扑相变的发现对于推动凝聚态物理和材料物理的发展具有重要意义。具有非平庸能带交叉的沙漏型表面态是一种独特的拓扑物相,其位于沙漏状色散颈部的顶点,具有如沙漏型外尔点、节点链及节点网络等特点。迄今为止,理论预测的具有沙漏型表面态的候选材料由于空气敏感、杂带色散和解理困难等问题,尚未得到实验验证。

该工作所报道的ErAsS化合物可视为在二维As层间插入ErS层,利用X射线单晶衍射和高分辨球差电镜,证实ErAsS的空间群为Pnma (No. 62),二维As院子层内存在晶格畸变。利用中子衍射结合磁性测量确定了ErAsS的磁结构转变:在高温为顺磁相;在3.27 K以下为具有磁波矢(0.5, 0, 0.5)的共线反铁磁相,磁空间群为Pa21/m,磁胞沿着a轴和c轴方向分别扩大两倍,易磁化轴是b轴;在反铁磁和顺磁相之间存在正弦波调制的非公度磁结构。

理论计算表明ErAsS在费米面附近具有大能量尺度的线性色散和能带交叉,并在自旋轨道耦合的作用下打开带隙(约100 meV),并发现其在顺磁态下具有滑移面保护的沙漏型表面态和螺旋轴保护的高阶棱态,属于拓扑不变量Z4 = 2的拓扑晶体绝缘体。ARPES实验观测到的能带结构与理论预测结果相一致。相比于其它可能具有沙漏型表面态的候选材料,ErAsS具有稳定、无杂带色散及易解离等优势,有望成为实验研究沙漏型表面态及其输运特性的理想材料平台。考虑到存在磁结构转变和磁涨落特性,基于畸变四方二维As层结构基元的材料极有可能成为实现陈绝缘体或量子反常霍尔绝缘体的候选体系。