中心成員陳宇林研究組研究成果入選“2015年度中國科學十大進展”

2016年2月25日，科技部公布了“2015年度中國科學十大進展”遴選結果，清華大學“理論預言并實驗驗證外爾半金屬的存在”研究成果入選，中心成員清華物理系陳宇林教授為獨立完成人之一（其他獨立完成人包括中心成員中科院物理所方忠/翁紅明、陳根富、丁洪/錢天研究組）。同時入選2015年度中國科學十大進展的研究成果包括：實現單光子多自由量子隐形傳态，揭示埃博拉病毒演化及遺傳多樣性特征，實現對反物質間相互作用力的測量，探測到宇宙早期最亮、中心黑洞質量最大的類星體，發現東亞最早的現代人化石，解釋人類原始生殖細胞基因表達與表觀遺傳調控特征，解析細胞炎性壞死的關鍵分子機制，研制出碳基高效光解水催化劑，實現對單個蛋白質分子的磁共振探測等。

該十大進展曆經國内5家科學期刊編輯部推薦256項進展、四大專家組初評出30項、院士專家最終遴選出10項等三個環節産生。

2014年，陳宇林研究組首次從實驗上發現了一種新的量子材料：拓撲狄拉克半金屬[Science, 343, 864 (2014)]，該發現迅速引發了國際上對拓撲半金屬的研究熱潮。2015年，在對拓撲量子材料的進一步研究中，研究組在晶體材料裡發現了一種新型的費米子：外爾（Weyl）費米子[Nature Physics 11, 728 (2015)]。外爾費米子是具有線性色散的無質量手性粒子，它首先在高能物理的研究（1928年）中被提出（但是至今沒有找到相應的基本粒子），在固體材料中找到外爾費米子充分展示出科學規律的普适和深刻。陳宇林研究組發現的外爾半金屬是一種新的量子态，兼具“三維石墨烯”及拓撲絕緣體的優良性質：一方面，外爾費米子具有三維空間中的無質量線性色散；另一方面，它具非平庸拓撲表面态（起始及終結于不同手性的外爾點的奇特“費米弧”）。通過對一系列外爾費米子材料的系統研究[Nature Materials, 15, 27 (2016)]，研究組不僅給拓撲外爾半金屬家族增加了兩位新成員，而且觀測到自旋軌道耦合效應是實現和調制拓撲外爾半金屬特有電子結構的重要物理機制。外爾半金屬這些不平凡的電子結構，使其具有許多奇異的物理現象。在研究組與合作者的工作中[Nature Physics 11, 645 (2015)]，已經在實驗上觀測到了拓撲外爾半金屬非常優異的電學輸運性質，比如超高載流子遷移率、極端龐大磁阻現象等等。這些優異的性質不僅使拓撲外爾半金屬成為基礎物理研究的理想材料，也使之成為新型電子學器件的重要候選材料。