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先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩

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王一博, 刘恩克. 2025: 先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩, 物理, 54(5): 308-319. doi: 10.7693/wl20250502
引用本文: 王一博, 刘恩克. 2025: 先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩, 物理, 54(5): 308-319. doi: 10.7693/wl20250502
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WANG Yi-Bo, LIU En-Ke. 2025: Advanced characterization and measurement——revealing the brilliance of momentum-space topological states, Physics, 54(5): 308-319. doi: 10.7693/wl20250502
Citation: WANG Yi-Bo, LIU En-Ke. 2025: Advanced characterization and measurement——revealing the brilliance of momentum-space topological states, Physics, 54(5): 308-319. doi: 10.7693/wl20250502
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先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩

  • 中国科学院物理研究所 磁学国家重点实验室 北京 100190

    • 通讯作者: 刘恩克，email:ekliu@iphy.ac.cn
  • 基金项目:

    科技部重点研发计划(批准号：2022YFA1403400)资助项目

Advanced characterization and measurement——revealing the brilliance of momentum-space topological states

  • State Key Laboratory of Magnetism, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

    • Corresponding author: LIU En-Ke, ekliu@iphy.ac.cn

  • 摘要: 起源于20世纪的拓扑能带理论开启了凝聚态物理的新一春。在拓扑绝缘体以及拓扑半金属材料中，存在着各种体态和表面态拓扑电子态。验证拓扑能带的存在及其主导的物理现象，离不开先进的表征技术与测量手段，也离不开这些测试技术的极低温、超高压、强磁场等极端环境。对拓扑材料的表征包括直接对材料能带进行观测的谱学方法和基于拓扑准粒子、贝里曲率等所开展的电、热输运行为研究。基于这些表征方法与测量手段，科学家揭示了许多拓扑材料中独有的物理现象，例如量子化的霍尔效应、拓扑表面态、狄拉克/外尔费米子、手征反常导致的负磁电阻、巨反常霍尔效应、自旋—轨道极化子等。文章通过介绍拓扑材料的多种先进表征测量手段，展现其在凝聚态物理研究中的独特魅力。通过展示拓扑电子物态丰富多彩的形态和行为，促进拓扑物理的快速发展。
    Abstract: The emergence of topological band theory in the last century ushered in a new era for condensed matter physics. In topological insulators and topological semimetals, these materials host a wide range of distinct surface and bulk topological electronic states that exhibit unique properties. Validating the existence of these bands and their associated physical phenomena relies on advanced characterization and measurement techniques, as well as extreme experimental environments such as ultralow temperature, ultrahigh pressure, and strong magnetic field. Characterization approaches include spectroscopic methods that directly observe the band structures, as well as transport studies investigating electrical and thermal behavior stemming from the topological quasiparticles and Berry curvature. Since the 1980s, numerous unique physical phenomena have been uncovered through these techniques, including quantum Hall effect, topological surface states, Dirac/Weyl fermion, negative magnetoresistance induced by chiral anomaly, giant anomalous Hall effect and spin-orbital polaron. The article introduces various advanced characterization techniques for topological materials, highlighting their unique charm in the field of condensed matter physics. By presenting the diverse forms and behaviors of topological electronic states, it promotes the rapid advancement of topological physics.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-14

先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩

    通讯作者: 刘恩克，email:ekliu@iphy.ac.cn
  • 中国科学院物理研究所 磁学国家重点实验室 北京 100190
  • 收稿日期:  2025-02-14
基金项目: 

摘要: 起源于20世纪的拓扑能带理论开启了凝聚态物理的新一春。在拓扑绝缘体以及拓扑半金属材料中，存在着各种体态和表面态拓扑电子态。验证拓扑能带的存在及其主导的物理现象，离不开先进的表征技术与测量手段，也离不开这些测试技术的极低温、超高压、强磁场等极端环境。对拓扑材料的表征包括直接对材料能带进行观测的谱学方法和基于拓扑准粒子、贝里曲率等所开展的电、热输运行为研究。基于这些表征方法与测量手段，科学家揭示了许多拓扑材料中独有的物理现象，例如量子化的霍尔效应、拓扑表面态、狄拉克/外尔费米子、手征反常导致的负磁电阻、巨反常霍尔效应、自旋—轨道极化子等。文章通过介绍拓扑材料的多种先进表征测量手段，展现其在凝聚态物理研究中的独特魅力。通过展示拓扑电子物态丰富多彩的形态和行为，促进拓扑物理的快速发展。

English Abstract

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