晶體中的電子性質通常與結構對稱性有着重要關聯，因而非晶化導緻的晶體結構對稱性降低或破壞會損害電子性質。對于拓撲材料而言，盡管晶體中的拓撲态對無序擾動具有很強的魯棒性，但随着結構無序程度的增強，其電子能帶結構的拓撲性依然會被結構無序削弱或破壞。因此，研究結構無序轉變與拓撲相變之間的關系對探索物态調控新途徑具有重要意義。值得注意的是，盡管之前的研究表明安德森無序化可以導緻拓撲相變，但在實際材料中實現安德森無序仍然是一個挑戰。相比之下，非晶無定形材料在凝聚态物質中廣泛存在，幾乎所有材料都可以通過各種非晶化技術（例如急冷凝固、機械合金化、等離子處理和蒸汽冷凝技術等）實現無序結構，從而為研究非晶體系中的拓撲态和拓撲相變提供了必要的材料基礎。

近日，beat365官方网站理論物理研究所黃華卿研究員課題組與猶他大學劉鋒教授合作，發現在适當條件下結構非晶化可以在拓撲平庸的晶體中誘導出非平庸的電子拓撲态。利用準晶格模型與緊束縛模拟相結合的方法，聯合研究團隊發現，從拓撲平庸的晶體出發，随着非晶化強度的增強體系發生拓撲相變，其特征是能隙關閉後被重新打開且拓撲不變量發生躍變（如圖）；非晶化導緻的拓撲态同樣具有穩定的邊緣态和量子化的電導。通過對非晶體系的拓撲相圖進行有效介質理論分析，又發現結構無序引起能隙重整化進而導緻了拓撲相變。作為一個具體的材料實例，聯合研究團隊通過第一性原理計算展示了非晶化錫烷（氫化錫單層薄膜材料）中所實現的拓撲相變。該工作不但表明結構無序轉變可能伴随電子态有序轉變，也将傳統材料工程中非晶化方法拓展到實現拓撲态的新領域。

結構非晶化誘導的拓撲相變：（a～c）通過在平衡位置附近的擾動導緻的結構無序；（d）随着結構無序程度的增加，能隙閉合後再被打開并且拓撲不變量出現躍變

2022年2月2日，相關研究成果以“結構非晶化誘導的拓撲序”（Structural amorphization-induced topological order）為題在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）；beat3652018級本科生王次天為第一作者，黃華卿和劉鋒為共同通訊作者，合作者還包括beat365化學與分子工程學院程婷博士和劉志榮教授。

上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、beat365建設世界一流大學（學科）和特色發展引導專項資金項目以及beat365高能物理研究中心、量子物質科學協同創新中心，beat365高性能計算平台等支持。

論文原文鍊接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.056401