拓撲半金屬是當前凝聚態(tài)物理的研究熱點之一,，可以分為拓撲Dirac半金屬, Weyl半金屬和Node-Line半金屬三種類型,。在Weyl半金屬中，體態(tài)中存在手性相反的Weyl點,，在表面上會出現(xiàn)拓撲保護的費米弧,，它們連接手性相反的Weyl點的投影。Dirac半金屬中,，一個狄拉克點可以看成手性相反的Weyl點,，這樣在側表面上，就會出現(xiàn)連接兩個Dirac點的費米弧,。它們已經在傳統(tǒng)的Dirac半金屬Na₃Bi體系中被ARPES實驗觀測到,，費米弧的存在已經被認為是拓撲半金屬的一個基本特征。 但是,，最近的理論研究表明Dirac半金屬中的費米弧不是拓撲保護的,，在有些情況下有可能會消失轉變成費米圈。由于缺乏這方面的實際材料,，這方面的研究不僅沒有實驗驗證,，而且對具體產生這種轉變的條件也缺乏具體分析。 

最近,，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心凝聚態(tài)理論與材料計算實驗室胡江平研究員,，中國科學院卡弗里理論科學研究所張富春教授，以及原物理所研究生吳賢新和勒聰聰合作,，在美國科學院院報（PNAS）上發(fā)表文章預言β-CuI是一種奇特的Dirac 半金屬,，其側表面態(tài)是費米圈而不是費米弧。這種轉變的具體物理原因是：由于該體系中特殊的原子排列和強自旋軌道耦合,，使得KP微擾模型中的三次項變得非常大（這一項在傳統(tǒng)Dirac半金屬中可以被忽略）,。同時，該體系體態(tài)和表面態(tài)Dirac點的能量差比較小,，促使側表面態(tài)從費米弧轉變成閉合費米圈,。費米弧和費米圈的區(qū)別可以用角分辨光電子能譜實驗技術直接驗證。由于費米弧和費米圈有非常不同的輸運性質,，研究成果對未來拓撲半金屬的應用和調控會產生重要影響,。

研究團隊還包括卡弗里理論科學研究所秦勝山博士，物理所李殷翔博士,，以及Würzburg大學Ronny Thomalec教授,。吳賢新博士和胡江平研究員是共同通訊作者。本研究得到了科技部（2015CB921300,，2017YFA0303100）以及國家自然科學基金委（11334012，11674278）以及中科院先導（XD-B07000000，XDB28000000）的資助,。

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圖1: Dirac半金屬的兩種側表面態(tài),，上面是雙費米弧，下面是費米圈,。

圖2: β-CuI晶體結構,，原包布里淵區(qū)（紅，綠,，藍線）,，晶胞布里淵區(qū)（黑線）以及電子能帶結構。

圖3:β-CuI在100面的表面態(tài)以及費米面,。紅色點表示Dirac點的投影,，白色表示費米能級與能帶的交點。

編輯：椒鹽貓卷飯