4月23日，《先进科学》（Advanced Science）期刊在线刊发凝聚态物理研究所傅华华教授课题组题为《超越No-go定理孤立外尔声子诱导的多重风扇形表面态》（Multi-Fold Fan-Shape Surface State Induced by an Isolated Weyl Phonon Beyond No-Go Theorem）的学术论文。华中科技大学为论文唯一单位，傅华华教授为论文第一兼通讯作者，该课题组博士后刘清波为共同通讯作者。在该工作中，作者发现了一类新的、未曾被报道的拓扑表面态，并对其进行了命名。
在拓扑绝缘体和拓扑半金属的相关研究领域，外尔点（Weyl point）一个重要拓扑属性是，手性相反的外尔点会在布里渊区边界面上激发新奇的拓扑表面态；并受到No-go定理的约束，其表面态将链接不同手性外尔点在布里渊区表面的投影点。外尔点数目、陈数（或阶数），将导致不同形状拓扑表面态的出现，如弧线形表面态，见图1（a），双螺旋形表面态和鼓膜形表面态等。对拓扑表面态的研究，有助于进一步揭示外尔点的拓扑性质，并探索可能的实际应用。
但是，对于单极性外尔点（即布里渊区只有一个孤立外尔点），由于其特殊的拓扑属性，近年来受到广泛关注。特别是在拓扑荷补偿行为上，单极性外尔点已背离通常的No-go定理，使得其诱导的表面态一致未受研究。该课题组研究发现，在存在单极性外尔点布里渊区的所有边界面上，存在着受拓扑保护的封闭型节点面。该拓扑节点面不但在空间上包围着单极性外尔点，而且其拓扑荷与单极性外尔点的拓扑荷刚好相反，使得单极性外尔点和外尔节点面在拓扑荷上形成补偿；同时，贝里场将由单极性外尔点发出（或吸收），并被节点面吸收（或发出）。该发散型贝里场在布里渊区表面的投影将形成风扇形表面态，如图1（b）-（e）所示。由于特殊的空间旋转对称性，该风扇形表面态扇叶数与单极性外尔点的拓扑荷数相等。为了证实理论分析，研究团队选取两种实际材料，即具有拓扑荷为-2和+4单极性型外尔点晶体材料K2Mg2O3和Nb2Al2N，其声子谱单极外尔点和激发的风扇形表面态清晰展现出来，见图2所示。
该工作的研究成果，不但揭示了一类新的拓扑表面态，而且为实验上确定单极性外尔点的拓扑陈数提供了可靠的实验方法。尽管研究团队在玻色子系统中发现了该类风扇形表面态，但这些结论仍可推广到费米子系统。该工作得到了国家自然科学基金和中国博士后基金的资助。
图1:单极型外尔点诱导的多重风扇型表面态。（a）严格遵循No-go定理的、且手性相反一对外尔点形成的弧线形表面态；（b）-（e）一个单极型外尔点和封闭型外尔节线面在拓扑荷上形成补偿，并诱导风扇型表面态，其扇叶数与孤立外尔点的拓扑荷数紧密相关。
图2:（a）实际材料Nb3Al2N中位于其布里渊区中心拓扑荷为+4的单极性外尔点及封闭型外尔节点面；（b）和（c）孤立外尔点的拓扑属性；（e）-（h）不同等能面上单极性外尔点诱导的风扇形表面态，其扇叶数（4）与拓扑荷数相等。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202207508
