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京學院化學大學量子材料科學中心博士研究生劉藝苑、賈爽副院長與合作者發覺狄拉克半金屬VAl3中的拓撲電子可以不受較大的物理成份變化的影響。該項工作于2020年6月18日在線發表于學術刊物《美國科大學院刊》上。
拓撲半金屬中存在著拓撲電子，它們能形成許多新的數學現象，是當前匯聚態化學研究的熱點。但是，半金屬中的拓撲電子很容易遭到外部環境或物理成份微小變化的影響，造成其偏離費米基態。這些脆弱的狀態限制了許多材料在未來的潛在應用。
圖一：在VAl3中，V-Al間的物理鍵對其中的拓撲電子具有保護作用。該物理鍵的破裂造成一個拓撲相變。
日前，上海學院化學大學量子材料科學中心博士研究生劉藝苑、賈爽副院長與合作者發覺狄拉克半金屬VAl3中的拓撲電子可以不受較大的物理成份變化的影響。研究發覺化學鍵斷裂，當VAl3中大量的V原子被Ti代替時，其晶格常數發生了很大變化，但是熱學性質保持不變，說明其中的狄拉克電子具有高度的魯棒性。直至超過35%的V原子被替代后，這些狄拉克半金屬才轉變為拓撲乏味的金屬。結合熱學檢測、晶體結構剖析、能帶結構估算和分子軌道剖析化學鍵斷裂，劉同事發覺這一轉變是由共價的V-Al鍵破裂控制的。換句話說，VAl3中的狄拉克電子遭到了分子軌道為其“重心”的V-Al鍵的保護，因而具有魯棒性。
圖二：左圖所示V1-在x=0.35時由n-型狄拉克半金屬變為p-型拓撲乏味金屬。下圖所示這一物理鍵破裂造成的拓撲相變伴隨著較大的晶體結構和形貌的變化。
了解晶體結構與電子性質之間的關系對于設計新型量子材料至關重要。本篇文章提出了通過控制物理鍵操縱拓撲電子的有效方式，對于找尋新的拓撲材料有重要意義。
該項工作于2020年6月18日在線發表于學術刊物《美國科大學院刊》上。成都學院賈爽副院長是本文的通信作者，博士生劉藝苑為第一作者。這一工作的主要合作者還包括英國路易斯安娜州立學院的謝偉微院士、中國大陸成功學院的張泰榕院長等人。該工作得到了國家自然科學基金，國家重點研制計劃，中科院卓越創新中心，量子物質科學協同創新中心，上海量子研究院等支持。
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