中國儲能網(wǎng)訊：拓撲絕緣體是近年來凝聚態(tài)物理的研究熱點之一。這類材料不同于傳統(tǒng)的“金屬”和“絕緣體”，其體內(nèi)部為有能隙的絕緣態(tài)，其表面則是無能隙的金屬態(tài)。這種金屬表面態(tài)是由其內(nèi)在電子結(jié)構(gòu)拓撲性質(zhì)決定的，受時間反演不變性的保護，因而受缺陷、雜質(zhì)等外界影響較小。目前，理論上預(yù)言的拓撲絕緣體都是半導體材料，電子間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)較小，理論分析相對較為簡單。而能否在強關(guān)聯(lián)材料體系中發(fā)現(xiàn)新的拓撲絕緣體材料，則是理論上非常關(guān)心的問題，因為強關(guān)聯(lián)拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)將帶來許多全新的理論問題，如不同拓撲有序態(tài)之間的拓撲相變、電子－電子相互作用是否能改變電子結(jié)構(gòu)的拓撲指數(shù)等等。
最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）戴希研究員、方忠研究員、翁紅明副研究員和博士后盧峰、趙建洲在強關(guān)聯(lián)拓撲絕緣體研究方面取得進展。他們利用Gutzwiller變分法結(jié)合第一性原理計算研究了典型的混合價態(tài)化合物SmB6。在考慮f電子強關(guān)聯(lián)效應(yīng)下，得到了該材料的能帶結(jié)構(gòu)、原子多重態(tài)結(jié)構(gòu)等，以及在（001）方向上的表面態(tài)。
研究發(fā)現(xiàn)，f電子的關(guān)聯(lián)效應(yīng)對能帶的修正主要表現(xiàn)在下面兩點: (1)4f的j=7/2能帶被推到了費米面以上4eV左右，而費米面附近主要由4f的j=5/2和5d 電子占據(jù)；(2)由4f軌道形成的準粒子能帶的帶寬減小到了不足0.1eV。在考慮了4f 電子的關(guān)聯(lián)效應(yīng)后，并沒有破壞該材料的拓撲性質(zhì)，其Z2拓撲不變量為(1;111)，說明這是一種三維強拓撲絕緣體材料。與已知的拓撲絕緣體不同，SmB6在其（001）表面態(tài)有三個狄拉克點，該現(xiàn)象可以引起新的物理現(xiàn)象，比如獨特的準粒子干涉圖像、獨特的磁輸運性質(zhì)等。
這一研究成果已發(fā)表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 110, 096401 2013) 上。
相關(guān)研究得到國家自然科學基金委員會和科技部有關(guān)基金的支持。
