近日，蒋建华教授课题组在高阶拓扑物理方面取得重要突破，研究成果发表以“Higher-order Weyl semimetals”为题，发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letter》上。蒋建华教授为唯一通讯作者，王海啸博士为第一作者，苏州大学物理学院为第一单位。
高阶拓扑绝缘体是目前凝聚态物理学的研究热点。在高阶拓扑绝缘体中，边界态打开了带隙，突破了拓扑绝缘体中的体-边对应关系。最新研究表明，高阶拓扑具有体-表面-角或体-表面-棱对应关系，从而产生了有趣的多维拓扑现象。另一方面，外尔（Weyl）半金属由于其异常的物理特性（例如，手性异常）及其与各种拓扑相的关联，而成为拓扑物理和材料研究的重点之一。尽管已经提出了高阶Dirac半金属，但是Weyl半金属仍然与高阶拓扑脱节。
在该项工作中，蒋建华教授率先指出，高阶Weyl半金属可以看作是常规Weyl半金属和3D高阶拓扑相之间的中间相，从而建立了Weyl半金属和高阶拓扑的联系。他们提出了一个具有正方形螺旋结构的紧束缚模型，其中沿着z方向的螺旋转动结构引入了合成规范通量，而合成规范通量的大小等于z方向的波矢kz。通过计算在不同kz下的系统的拓扑不变量，如：陈数及四极子指标，系统在不同kz下是量子反常霍尔相或高阶拓扑绝缘相（或正常绝缘相），对应的中间相就是高阶Weyl半金属（或正常Weyl半金属）。进一步计算表明，高阶Weyl半金属通过同时显示手性费米弧表面态、拓扑棱态和动量依赖的分数棱态电荷表先出独特的性质，属于一类新型的高阶拓扑相。作为理论预言，蒋建华教授给出声学系统中高阶Weyl半金属的实例，并指出电子系统中潜在的高阶Weyl半金属候选材料。这项对高阶拓扑简并性的研究开启了拓扑物理学的前沿。
图1 正常Weyl半金属与高阶Weyl半金属
该项研究得到了国家自然科学基金（No.12074281,11904060）、江苏省特聘教授等项目的资助支持。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.146401
