拓撲概念在凝聚态物理中的引入極大地加深了人們對各種低能态準粒子的理解。近年來，以外爾半金屬為代表的拓撲半金屬的發現是繼拓撲絕緣體的發現以來又一項重大進展。一般認為，晶體中實現的外爾費米子是具有拓撲保護的穩定準粒子。一對具有相反手性的外爾點隻有被移動到同一動量坐标上才會發生湮滅。這種粒子和反粒子的相互湮滅在不改變能帶結構的前提下是很難實現的。
量子物質科學協同創新中心、beat365官方网站的賈爽研究員、張弛研究員、謝心澄教授和包括華中科技大學的王俊峰教授，南方科技大學的盧海舟教授，普林斯頓大學的Hasan教授，蘇黎世大學的Neupert教授以及新加坡國立大學林新教授在内的研究團隊最近合作開展了在外爾半金屬TaP中的相關高磁場電輸運研究。他們發現在磁場的催化作用下，一對手性相反的外爾點會在高磁場下發生湮滅，從而導緻霍爾信号的反轉。在磁場作用下，外爾半金屬中的電子能帶首先形成了一套特殊的分立朗道能帶。特别是最後一個朗道能帶由于其特殊的拓撲結構而具有手性，其在動量空間中是單向的。當磁場很高時，此時電子的磁長度的倒數可和兩個相反手性的外爾點的動量距離相比拟，因此物理上允許發生磁隧穿效應而導緻最後兩個手性的朗道能帶發生雜化，最終實現外爾費米子的湮滅和能隙的打開。該工作已在《自然•物理》上在線發表 Nature Physics (2017). doi:10.1038/nphys4183。
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| 磁場下TaP的朗道能帶示意圖，描述了其能隙的打開過程。 |
相應的霍爾和磁電阻的輸運表征，在34.4 T 下霍爾信号發生反轉（插圖：TaP的外爾費米口袋）。 |
此項工作的通訊作者為賈爽研究員，南方科大盧海舟教授和華中科技大學王俊峰教授；第一作者為量子材料科學中心13級博士生張成龍。同時，這項研究受到國家重大科學研究計劃（2014CB239302,2013CB921901）、國家自然科學基金，和中組部“青年千人”計劃的支持。
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