王秩伟：深耕前沿量子拓扑材料

王霞

在前沿研究中，谁掌握了材料谁就掌握了未来。

记者获悉，北京理工大学物理学院特别研究员、博士生导师王秩伟在拓扑材料性能调控和新材料探索方面进行了长期的研究。最近他们发现体绝缘拓扑绝缘体材料巨大的负磁阻现象：通过调控材料中电子与空穴之间的电荷相互补偿，在三元铊系拓扑绝缘体中实现了体绝缘特性，并进一步发现该材料的巨负磁阻现象，这是第一次在拓扑绝缘体材料中发现巨大的负磁阻现象。该成果发表在《Nature Communications》上。

拓扑材料包括拓扑绝缘体、拓扑超导体、拓扑半金属等量子材料，是近几年发展起来的前沿科学研究，由于其在自旋电子学、拓扑量子计算、无耗散输运等方面的潜在应用前景，越来越受到研究者的高度关注和广泛研究。

“如何实现体绝缘拓扑绝缘体和磁性拓扑绝缘体是拓扑绝缘体领域两个非常重要的课题，也是实现反常量子霍尔效应的先决条件。到目前为止，只有极少数几种拓扑绝缘体具有上述性质。”王秩伟说。

王秩伟带领团队通过熔融法合成高质量的体绝缘拓扑绝缘体单晶，并与合作者一起利用红外光谱和扫描隧道显微镜技术研究了体系的体态和表面态，发现材料的体态和表面态都可以自发形成电子水坑的结构。这种电子是水坑结构普遍存在于体绝缘拓扑绝缘体中，并且是导致负磁阻的主要原因。

不仅如此，王秩伟第一次在铊系列拓扑绝缘体中通过元素掺杂方法获得铁磁性拓扑绝缘体材料，并系统研究了体系的铁磁性和电输运特性。

拓扑超导体因为被预言在实现拓扑量子计算机方面的潜在前景而越来越受到广泛研究。

王秩伟在实验上首次发现CuxBi2Se3超导体中的向列超导电性。“首先利用我们自己发展的电化学插层技术获得高质量的超导体单晶材料，随后与京都大学Yoshiteru Maeno教授课题组合作，利用低温转角比热测量技术在实验上发现该超导材料是具有奇配对的向列超导体，从而揭示该材料是自发晶体对称性破缺的拓扑超导体。”他说，“同时我们与复旦大学封东来教授课题组合作，利用扫描隧道显微镜技术从超导能隙上观察到了该材料的向列超導电性。”该发现平息了人们对该材料是否是拓扑超导体的争论。

值得关注的是，王秩伟还发现一种新的可能的拓扑超导体——TlxBi2Te3。利用元素掺杂技术第一次发现一种基于拓扑绝缘体的p-型掺杂超导体，该成果发表在《Chemistry of Materials》上；同时他还合成了一种新预言的准一维拓扑超导体Tl2Mo6Se6，并与合作者一起研究了上述两种材料的电子能带结构。

王秩伟还致力于探索合成新拓扑半金属材料，包括外耳半金属、狄拉克半金属等新预言的半金属材料。他们在手性晶体材料CoSi中发现两种新的准粒子——自旋-1费米子和双外耳费米子。首先利用化学气相输运法生长出高质量的单晶材料，与合作者第一次在体态布里渊区的中心和角上位置分别观察到自旋-1费米子和双外耳费米子。这是第一次在实验上观察到狄拉克费米子和外耳费米子以外的新型费米子。相关成果发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上，并被选为“Editors Suggestion”和“Featured in Physics”。