在砷化钽（TaAs）晶體中，由于對稱性破缺會産生手征外爾點。當投影于晶面後，會形成連接不同手征外爾點且受晶體拓撲性保護的非閉合費米面—費米弧，如圖（左）所示；此時的晶面具有費米弧拓撲态，例如(001)晶面，而(110)晶面上由于不同手征外爾點會投影于晶面的同一點，因此不确定是否具有這種費米弧拓撲态。實際上，TaAs晶體中還存在(112)、(114)等可能被解離或易于在晶體表面表現的晶面，但人們對這些晶面上的拓撲态信息知之甚少。

圖 TaAs外爾半金屬(112)解離面上的一維邊界态

最近，beat365官方网站量子材料科學中心杜瑞瑞教授課題組和馮濟教授課題組合作，利用低溫隧道顯微鏡及譜學測量方法，在TaAs單晶晶面台階上（見圖（中））觀測到了原子尺度穩定的一維費米弧邊界态，并通過對TaAs不同晶面的測量，監測到費米弧邊界态随晶面指數從一維邊界态到二維表面态的演化過程，例如圖（右）給出了在(112)解離面上所觀測到的清晰的一維費米弧邊界态。

與此同時，理論計算模拟顯示，當外爾點在晶面的投影在動量空間不具有手征特性時，手征外爾點仍然能夠實現在一維邊界（原子台階）上的投影，從而保證一維費米弧在邊界處的局域行為；而當手征外爾點能夠實現整個晶面的投影時，一維費米弧将浸沒于二維拓撲表面态。

理論計算與實驗結果的吻合表明，在三維外爾半金屬中，拓撲體邊一緻性不僅存在于三維體态與二維表面态，也同樣适用于一維邊界态。一維費米弧拓撲态的發現，對于基于外爾半金屬拓撲态的調制以及相關量子器件的研制具有重要的意義。

2021年10月25日，相關研究成果以“在砷化钽外爾半金屬中發現一維費米弧邊界态”（Observation of 1D Fermi arc states in Weyl semimetal TaAs）為題，在線發表于《國家科學評論》（National Science Review）；北京量子信息科學研究院副研究員（原beat365官方网站量子材料科學中心博士後）鄭曉虎和beat365官方网站2015級博士研究生顧強強為共同第一作者，杜瑞瑞和馮濟為共同通訊作者。

上述研究工作得到國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金，及中國科學院拓撲量子計算卓越創新中心、量子物質科學協同創新中心等支持。

論文原文鍊接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwab191/6409843

供稿：杜瑞瑞、馮濟

編校：孫嘉琪、孫琰

編輯：孫嘉琪

審核：顔學慶