image: (左) 在TaAs晶体中，由于对称性破缺会产生手征外尔点，当投影于晶面后，会形成连接手征外尔点的非闭合费米面，此时的晶面具有费米弧拓扑态，(001)晶面便是这样的费米弧态晶面。而（110）晶面上由于手征外尔点会投影于晶面的同一点，整个面的外尔点投影只具有相同的手征，因此不确定其是否具有这种费米弧拓扑态。实际上TaAs晶体中还存在诸如(112）(114)这样可能被解离或易于在晶体表面表现的晶面，但对于这些晶面上的拓扑态信息知之甚少。(中)本工作中对于其它多晶面性质的研究，如通过STM/STS研究了(112)解离面，观测到了单原子厚的原子台阶。(右)利用扫描隧道谱揭示了费米弧态在不同晶面上的性质，诸如图中所示的在(112）解离面上观测到了清晰的一维费米弧边缘态的存在。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了北京大学量子材料科学中心杜瑞瑞教授及冯济教授课题组研究成果。研究团队利用低温隧道显微镜谱学测量，在TaAs单晶晶面台阶上观测到了原子尺度稳定的一维费米弧边界态，并通过对TaAs多晶面的测量，监测到费米弧边界态随着晶面指数变化从一维边界态到二维表面态的演化过程。通过理论计算模拟，发现当外尔点在晶面的投影不具有手征特性时，手征外尔点仍然能够实现在一维边界(原子台阶)上的投影，从而保证一维费米弧在边界处的局域行为。然后随着当手征外尔点能够实现整个晶面的投影时，一维费米弧将浸没于二维拓扑表面态。理论计算与实验结果的一致性表明，在三维外尔半金属中拓扑体边一致性不仅存在于三维体态与二维表面态，对于一维边界态仍然适用。一维费米弧拓扑态的发现对于基于外尔半金属拓扑态的调制以及相关量子器件的研制具有重要的意义。
研究详情请见原文：
Observation of 1D Fermi arc states in Weyl semimetal TaAs
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab19
Journal
National Science Review