近日，物理学顶级期刊《物理评论快报》(PHYSICAL REVIEW LETTERS, PRL)在线发表了以我校物理系2013级本科生李策群为第一作者的论文。论文题目为“量子振荡的相位在拓扑节线半金属中的定则”(RULES FOR PHASE SHIFTS OF QUANTUM OSCILLATIONS IN TOPOLOGICAL NODAL-LINE SEMIMETALS)。我校物理系研究助理教授王春明为共同第一作者，副教授卢海舟为该文的通讯作者。南科大是论文第一单位，该论文由南科大、南京大学和北京大学的合作者共同完成。
     拓扑节线半金属（TOPOLOGICAL NODAL-LINE SEMIMETALS）是拓扑半金属家族的新成员，其中能带交叉形成节线或环。电子绕节线一周能积累非平凡的贝里相位。近几年，理论已经预言了多种可能属于拓扑节线半金属的材料，但目前为止这种特殊的一维能带交叉仅在少数材料中被观测到，因此寻找并区分拓扑节线半金属成为当今凝聚态物理的热点之一。实验上，量子振荡是分析材料能带结构的重要手段之一，并已经被广泛用于揭示拓扑半金属中的拓扑结构。其原理是在强磁场下，金属中的电子气发生朗道量子化，造成电阻的量子振荡。根据LIFSHITZ-ONSAGER量子化条件，量子振荡的相位(PHASE SHIFT)与贝里相位存在紧密的联系，所以对量子振荡相位的分析有助于我们研究拓扑半金属中拓扑性质。然而，在现阶段对于拓扑节线半金属的研究中，由于缺乏对拓扑节线半金属中量子振荡的理论研究，人们仍套用分析传统金属中量子振荡的方法，因此不同的实验在结果和解释上存在很大的分歧。
     为了解决这一问题，他们从一个具有一般性的模型出发，系统计算了拓扑节线半金属中的量子振荡并给出了解析解。通过对解析解的分析，他们发现量子振荡的相位不仅与贝里相位有关，还取决于费米面的拓扑结构。由于拓扑节线半金属中费米面呈圆环结构，量子振荡相位表现出明显的各向异性。这种行为与普通金属、外尔半金属中的量子振荡截然不同。这为实验上区分拓扑节线半金属提供了重要的线索。不仅如此，他们还进一步归纳出了确定量子振荡相位的一般定则，并将其推广到真实的凝聚态系统以及其他拓扑物态中。因此，该论文对研究拓扑节线半金属以及其他拓扑物态的输运特征有着重要的意义。文章审稿人高度评价了该工作，并在审稿报告中指出“THE ARTICLE OF LI ET. AL., COMES VERY TIMELY AND ADDRESSES A VERY IMPORTANT ISSUE OF OBSERVED SHIFTS IN MAGNETIC OSCILLATIONS SEEN IN NODAL LINE SEMIMETALS, THAT SO FAR IS MOSTLY IGNORED IN THE THEORETICAL COMMUNITIES”, 以及"CURRENT WORK IS TIMELY TO CLARIFY CONFUSIONS AND CONTROVERSIES IN THIS FIELD. THIS MANUSCRIPT IS WELL ORGANIZED. DISCUSSIONS AND CONCLUSIONS ARE CRYSTAL CLEAR FOR BOTH GENERAL PRINCIPLES AND SPECIFIC MATERIALS.”。
      李策群是我校物理系2013级本科生，于2017年夏季赴美国宾夕法尼亚州立大学(PENNSYLVANIA STATE UNIVERSITY, UNIVERSITY PARK)攻读博士学位。李策群从大三开始就进入卢海舟副教授课题组进行研究，在王春明和卢海舟的指导下，于大四期间完成了论文中大部分理论计算。值得一提的是，本工作也受益于我校物理系的本科教学改革。根据物理系教学副系主任叶飞副教授的建议，卢海舟副教授在本科三年级的量子力学课程中专门加入课时，介绍带电粒子在磁场中运动的量子力学描述。这部分内容为物理系本科生提前进入相关研究领域打下基础，特别是为本工作需要完成的计算部分做了前期准备。

      这已经是李策群第三次在国际学术期刊上发表自己本科期间的科研成果。此前他在物理系副教授徐虎的指导下以第一作者在美国物理联合会（AIP）旗下国际学术期刊《化学物理》（THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS）发表了关于提高金属氧化物表面活性的研究成果(详细报道见HTTPS://WWW.SUSTC.EDU.CN/NEWS_EVENTS_/3121)，后受邀至意大利 UNIVERSITY OF MILANO BICOCCA 访问并与该校的课题组合作完成了题为“CO ADSORPTION ON GRAPHITE-LIKE ZNO BILAYERS SUPPORTED ON CU(111), AG(111), AND AU(111) SURFACES”的论文，该论文已在美国化学学会（ACS）旗下期刊《物理化学C》（THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C）上发表。今年三月，李策群前往洛杉矶参加2018美国物理学会举办的三月会议(APS MARCH MEETING 2018),并在自己的学术报告中向参会人员介绍了此次的研究工作。

      该研究工作得到多项基金的支持，包括科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金，广东省建设高水平理工大学，深圳市重点实验室，南方科技大学科研启动经费。

论文链接：

https://journals.aps.org/PRL/ABSTRACT/10.1103/PHYSREVLETT.120.146602

图一：拓扑节线半金属中费米面结构示意图

图二：强磁场下拓扑节线半金属中的朗道能级（左）及电阻的量子振荡（右）

图三：李策群在洛杉矶召开的2018美国物理学会三月会议(APS MARCH MEETING 2018)上做学术报告并介绍其研究成果