9月19日，国际权威期刊《美国科学院院刊》（ Proceedings of the National Academy of Sciences，简称PNAS）在线刊发了强磁场物理研究所徐刚教授为通讯作者的论文——《蜂窝状晶格LnSI中的拓扑半金属态》（Topological semimetal in honeycomb lattice LnSI, Doi:10.1073/pnas.1713261114）。该成果由徐刚教授与美国斯坦福大学的聂思敏博士后、Fritz B. Prinz教授、张守晟教授合作完成。
作为全新的量子物态，拓扑半金属材料因其丰富奇特的电子特性（如费米弧的存在）以及在未来自旋电子器件中的潜在应用价值，在世界范围内得到了广泛关注，相关研究在基础物理和应用物理两个方面均有重要意义。从理论预言到实验证实，以HgCr2Se4、TaAs等为代表的外尔半金属一直是凝聚态物理的研究热点。但是，目前已发现的外尔半金属中，其费米能级附近的能带结构非常复杂，存在大量外尔节点和普通费米面共存的现象。这给费米弧的实验观测和负磁阻的物理起源带来了许多争议。因此，研究者们迫切渴望找到具有简单能带结构的理想外尔半金属。为此，徐刚教授与合作者构造了一种特殊的三维蜂窝状模型，对其拓扑性质进行了理论分析与研究。研究发现，该模型可以实现丰富多样的拓扑物态，包括理想外尔半金属、三维拓扑绝缘体、节点线半金属以及外尔点和节点线共存的新型拓扑半金属。沿着这一思路，并结合第一性原理计算，徐刚教授等发现LnSI (Ln=Lu, Y和Gd)系列材料的电子结构完全符合上述模型，并具有相应的非平庸拓扑态；其中LuSI、YSI是三维拓扑绝缘体， GdSI是只有两对外尔节点且存在两条长费米弧的理想外尔半金属。该项研究提出了一种新的外尔节点的形成机制，为设计和寻找拓扑半金属指明了新方向。其预言的理想外尔半金属GdSI引起了多个实验组的巨大兴趣，为外尔物理的研究及相应的电子器件设计提供了一个理想平台。
徐刚教授于2016年10月回国来我校任教，现为国家脉冲强磁场科学中心强磁场物理研究所负责人，主要从事凝聚态理论研究及奇异量子材料的计算模拟。此前，徐刚教授已在铁基超导体、拓扑物质态等领域取得了多项重要研究成果，发表 SCI论文35篇，其中包括Physical Review Letters、Nature 子刊等国际权威期刊15篇。在拓扑物质态方面的研究成果包括：一是把凝聚态中电子态按照拓扑分类的概念从绝缘体推广到了半金属，首先提出双外尔半金属的概念（Phys. Rev. Lett 107, 182806）。二是设计了两种实现高温量子反常霍尔效应的新方案（Nano letters 15 (3), 2019-2023；Phys. Rev. Lett 115, 186802）。三是提出两种实现拓扑超导态的新方案（Phys. Rev. Lett 117, 047001）。
进校以来，徐刚教授依托强磁场物理研究所的平台优势，与凝聚态方向的老师广泛合作，成立了强磁场相关理论物理研究团队，搭建了科学计算模拟平台，积极开展和推动凝聚态物理领域的基础科学研究。
该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1713261114
