上海微系统所在准一维拓扑材料的电子结构研究中取得进展学术资讯

　　维度的降低会显著影响材料的物理化学性质，同时也将引起一系列新奇的量子现象，例如二维材料石墨烯中发现的线性色散。维度对于拓扑材料则更为重要：拓扑材料具有受对称性保护的边缘态，从而使得由缺陷或杂质引起的电子背散射被禁止；进一步将拓扑材料的维度降低到一维则会显著增强电子的各向异性，使边缘态中自旋极化的电子被限制于一维导电通道，从而最大限度地避免散射的发生以达到更高的迁移率、更长的自旋弛豫时间。因此，寻找性质稳定的准一维拓扑材料并研究其电子结构，对开发新一代超低功耗的自旋电子学器件具有指导意义。　　近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员叶茂、乔山团队与日本东京大学教授Takeshi Kondo合作，成功制备了一种准一维拓扑材料TaNiTe5，并利用上海微系统所牵头建设的“基于上海光源的原位电子结构综合研究平台”的高精度微聚焦角分辨光电子能谱线站（上海光源BL03U）首次直接观测到了该材料中强弱拓扑序共存的独特电子结构。相关研究成果以Coexistence of Strong and Weak Topological Orders in a Quasi-One-Dimensional Material为题发表于Physical Review Letters。

　　该研究中，研究人员通过第一性原理计算发现TaNiTe5在倒空间中的Γ-Y方向和Γ-Σ方向分别存在两处能带反转。其中，前者对应的拓扑表面电子态同时在(001)和(010)面上被清晰地观测到，其自旋动量锁定的能带自旋结构也与理论计算结果完美吻合，从而证明了强拓扑序的存在；后者对应的拓扑表面态仅出现在(001)面上，且等能面上呈独特的节点弧状，研究结合拓扑不变量的计算证明了这是弱拓扑序的表现。值得一提的是，Γ-Σ对应于实空间中准一维原子链的方向，因此节点弧型弱拓扑态的发现从微观电子结构层面揭示了TaNiTe5中强各向异性的输运性质的拓扑起源。该工作系统地揭示了TaNiTe5材料中“双拓扑”共存的独特拓扑性质，展示了其在拓扑调控方面的潜力，为设计新型自旋电子学器件提供了平台。