近年来，新奇拓扑材料引起了广泛的科学界和工业界的兴趣和研究，这些材料展示出了一系列令人惊奇的电子性质，对于未来的电子学器件和量子计算有着巨大的潜在应用价值。2023年迄今为止，我院在新奇拓扑物态相关领域取得了系列研究进展，并在物理学国际权威期刊发表了多篇论文。

(1)由第二类陈数刻画的四维拓扑安德森绝缘体

我院周斌教授团队在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Four-dimensional topological Anderson insulator with an emergent second Chern number”的研究论文。

四维拓扑绝缘体是一种理论上设想的拓扑绝缘体，其中有着受到拓扑保护的三维边缘态。然而，四维拓扑绝缘体在实际材料中并不可能存在。随着超材料的发展，四维拓扑绝缘体已经在多个人造晶格中实现，引起了人们的广泛关注。另外，无序在低维（d≤3）拓扑绝缘体态中的作用得到了广泛的研究。然而，关于无序在四维拓扑绝缘体中的作用却少有研究。该研究团队研究了无序在四维拓扑绝缘体中的作用。结果表明四维拓扑绝缘体态对于无序具有一定的稳定性，并首次发现了四维拓扑安德森绝缘体相。这些研究进展为进一步理解和研究四维拓扑绝缘体提供了重要的思路和方法。

论文合作者包括我院周斌教授、青年教师陈锐及博士研究生易晓霞。

Rui Chen, Xiao-Xia Yi, and Bin Zhou, Four-dimensional topological Anderson insulator with an emergent second Chern number,Physical Review B108, 085306 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.085306

(2)双曲晶格中的高阶拓扑绝缘体

我院周斌教授团队在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Higher-order topological insulators in hyperbolic lattices”的研究论文。

在拓扑物态研究中，人们的研究通常集中在欧几里得空间。近些年来，一些研究也开始探索非欧几里得空间中的拓扑物态。双曲晶格是非欧几里得空间中一类非常重要的晶格模型。双曲晶格是指铺贴在具有恒定负曲率的双曲面上的晶格。不同于欧几里得平面中正多边形只存在三种均匀铺贴（三角晶格、正方晶格、六角蜂窝晶格），双曲晶格具有无限种铺贴方案。继双曲晶格在实验上实现之后，双曲拓扑物态研究引起了人们的广泛关注。近两年，人们在双曲晶格中陆续发现了许多经典的量子现象及物态，包括量子自旋霍尔效应、陈绝缘体等。该研究团队研究了双曲晶格中的高阶拓扑绝缘体，发现可以通过调控系统参数来改变处于零能的高阶拓扑态的数量，并证实了这些高阶拓扑态对于无序具有一定的鲁棒性。

论文合作者包括我院周斌教授、青年教师陈锐、博士后刘峥嵘、博士研究生花春波(现为湖北科技学院教师)及博士研究生彭坦(现为湖北汽车工业学院教师)。

Zheng-Rong Liu, Chun-Bo Hua, Tan Peng, Rui Chen, and Bin Zhou, Higher-order topological insulators in hyperbolic lattices,Physical Review B107, 125302 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.125302

(3)高阶狄拉克半金属中光照诱导的弗洛凯外尔半金属

我院硕士研究生王梓名(现为重庆大学博士研究生)在重庆大学许东辉副教授的指导下在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Floquet Weyl semimetal phases in light-irradiated higher-order topological Dirac semimetals”的研究论文。

周期驱动被广泛应用于设计和操控新颖的拓扑量子物态。随着高阶拓扑绝缘体的发现，与之相关的理论和材料如狄拉克半金属和外尔半金属也受到广泛关注。然而，实验上在固体材料中实现高阶外尔半金属仍然充满挑战，相关研究主要集中在人工材料领域。为了解决这个问题，研究团队从实际发现的高阶狄拉克半金属材料出发，提出了一种利用光驱动狄拉克半金属产生高阶外尔半金属的方案。同时发现，通过改变光的传播方向，可以调节产生的外尔半金属的类型。这一发现为实验上实现高阶外尔半金属提供了新的思路和方法，有望推动拓扑量子物态的进一步研究和应用。

其他合作者包括重庆大学物理学院王锐教授、南方科技大学量子科学与工程研究院陈廷勇研究员和宁波大学物理学院孙金华副教授。

Zi-Ming Wang, Rui Wang, Jin-Hua Sun, Ting-Yong Chen, and Dong-Hui Xu, Floquet Weyl semimetal phases in light-irradiated higher-order topological Dirac semimetals,Physical Review B107, L121407 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.L121407

(4)量子反常霍尔绝缘体输运的手征边界态耦合理论

我院周斌教授团队与重庆大学许东辉副教授合作在国内权威期刊SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy (即中国科学:物理学力学天文学》英文版)发表了题为“Chiral edge state coupling theory of transport in quantum anomalous Hall insulators”的研究论文。

量子化反常霍尔电阻为量子霍尔效应最显著的实验特征，它同时伴随零纵向电阻。最近多个研究小组在不同的体系中从实验上观测到了量子化的霍尔电阻平台，然而纵向电阻却不为零。与此同时，该非零纵向电阻的大小随着外界磁场的增加呈现出指数衰减的特性。如何理解这一实验现象是该领域一个亟待解答的问题。本文提出手征边界态之间的耦合效应为反常量子霍尔效应实验中观测非零的纵向电阻的可能起源。这一理论还能很好解释纵向电阻的指数衰减特性。文章指出样品内部的磁性畴壁或拓扑缺陷会增强系统中手征边界态之间的耦合作用。该理论可以很好解释磁性拓扑绝缘体和双层摩尔系统中量子反常霍尔效应的观测数据。

我院周斌教授及重庆大学许东辉副教授为论文通讯作者。合作者包括我院青年教师陈锐及德国维尔茨堡大学博士后孙海鹏。

Rui Chen, Hai-Peng Sun, Bin Zhou, Dong-Hui Xu, Chiral edge state coupling theory of transport in quantum anomalous Hall insulators,SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy66,287211 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1007/s11433-023-2115-7

(5)轴子绝缘体中侧面表面态参与的耦合效应

我院周斌教授团队在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Side-surface-mediated hybridization in axion insulators”的研究论文。

磁性拓扑绝缘体还有着轴子绝缘体相。轴子绝缘体中有着极为特殊的量子化的电磁响应性质。轴子绝缘体有着极为特殊的量子化电磁响应性质，引起了人们的广泛关注。近些年，人们在磁性拓扑绝缘体中为寻找轴子绝缘体相开展了大量的理论和实验研究工作。最近有多个实验研究组在磁性拓扑绝缘体异质结以及本征反铁磁拓扑绝缘体中分别发现了零霍尔电导平台的存在，并提出该零霍尔电导平台可以作为轴子绝缘体存在的证据。在随后的研究中，人们在其他的物态中也发现了零霍尔电导平台，例如普通绝缘体或量子自旋霍尔绝缘体，这导致实验上难以辨别轴子绝缘体。该研究团队对轴子绝缘体的输运特性进行了系统的研究。发现轴子绝缘体中存在着一种特殊的边界态耦合机制，并提出了通过非局域测量办法来探测磁性拓扑绝缘体中的轴子绝缘体相。

合作者包括我院周斌教授、青年教师陈锐及德国维尔茨堡大学博士后孙海鹏。

Rui Chen,Hai-Peng Sun,and Bin Zhou, Side-surface-mediated hybridization in axion insulators,Physical Review B107, 125304 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.125304

(6)光场诱导的半量子化霍尔效应与轴子绝缘体

我院青年教师陈锐与新加坡国立大学Lee Ching Hua教授及新加坡国立大学高级研究员覃昉共同在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Light-induced half-quantized Hall effect and axion insulator”的研究论文。

磁性拓扑绝缘体中除了量子反常霍尔绝缘体，轴子绝缘体外，还存在着半磁性拓扑绝缘体相。半磁性拓扑绝缘体中，能够实现半量子化的霍尔电导，对应着凝聚态版本的宇称反常。最近，半磁性拓扑绝缘体已经在磁性拓扑绝缘体异质结中成功被证实，并且在其中成功发现了半量子化的霍尔电导。然而，在之前的研究中，这几种拓扑相一般是通过磁性掺杂来实现，并通过外加磁场来调控。在实验中人们一般通过改变掺杂浓度或者改变磁掺杂层的厚度来研究磁性拓扑绝缘体的性质。然而由于材料制备过程中的不确定性，掺杂的浓度以及材料的尺寸很难被精准调控。该研究团队提出通过在拓扑绝缘体通过光照调控，实现这三种不同的拓扑相调控。相较于传统的磁掺杂办法，光照能提供一个更有效的办法对系统进行定量的调控。

Fang Qin, Ching Hua Lee, and Rui Chen, Light-induced half-quantized Hall effect and axion insulator,Physical Review B108, 075435 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.075435

(7)转角双层蜂窝状磁体中的拓扑磁振子角态

我院周斌教授团队、重庆大学许东辉副教授及湖南大学童庆军教授团队共同在国际权威期刊Physical Review B发表了题为“Magnon corner states in twisted bilayer honeycomb magnets”的研究论文。

研究物质的对称性保护拓扑相已经从费米子电子系统扩展到了各种玻色子系统。磁性材料中的玻色拓扑磁子相因其奇特的无电荷拓扑保护边界模式，以及在磁子学和自旋电子学的潜在用途而受到了广泛关注。磁振子是磁性材料中最基本的元激发，能够用作信息的载体来传递信息。目前，磁性材料中的拓扑磁振子由于其奇异的不带电拓扑保护边界态和潜在的无耗散自旋电子学的应用价值而受到人们广泛的关注。基于转角为21.78度的双层蜂窝状铁磁体，该研究团队构建了一个具有层内和层间最近邻交换相互作用的海森堡自旋模型，研究发现了转角双层蜂窝状铁磁体中的高阶拓扑磁振子绝缘体相，其边界上具有对称性保护的拐角态。

我院周斌教授、重庆大学许东辉副教授及湖南大学童庆军教授为论文通讯作者。我院博士研究生花春波(现为湖北科技学院教师)、及我院博士后刘峥嵘为共同第一作者。其他合作者包括宁波大学物理学院孙金华副教授、华中科技大学高锦华教授及苏州大学陈垂针教授。

Chun-Bo Hua, Feiping Xiao, Zheng-Rong Liu, Jin-Hua Sun, Jin-Hua Gao, Chui-Zhen Chen, Qingjun Tong, Bin Zhou, and Dong-Hui Xu, Magnon corner states in twisted bilayer honeycomb magnets,Physical Review B107, L020404 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.L020404

上述工作得到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体项目和湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划等资助。