陈宇林研究组研究成果入选“2015年度中国科学十大进展”

2016年2月29日

       2016年2月25日,科技部公布了“2015年度中国科学十大进展”遴选结果,清华大学 “理论预言并实验验证外尔半金属的存在”研究成果入选,物理系低维量子物理国家重点实验室成员陈宇林教授为独立完成人之一(其他独立完成人包括中科院物理所方忠/翁红明、陈根富、丁洪/钱天研究组)。同时入选2015年度中国科学十大进展的研究成果包括:实现单光子多自由量子隐形传态,揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征,实现对反物质间相互作用力的测量,探测到宇宙早期最亮、中心黑洞质量最大的类星体,发现东亚最早的现代人化石,解释人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征,解析细胞炎性坏死的关键分子机制,研制出碳基高效光解水催化剂,实现对单个蛋白质分子的磁共振探测等。

      该十大进展历经国内5家科学期刊编辑部推荐256项进展、四大专家组初评出30项、院士专家最终遴选出10项等三个环节产生。

      2014年,陈宇林研究组首次从实验上发现了一种新的量子材料:拓扑狄拉克半金属(Science, 343, 864 (2014)),该发现迅速引发了国际上对拓扑半金属的研究热潮。2015年,在对拓扑量子材料的进一步研究中,研究组在晶体材料里发现了一种新型的费米子:外尔(Weyl)费米子(Nature Physics 11, 728 (2015))。外尔费米子是具有线性色散的无质量手性粒子,它首先在高能物理的研究(1928年)中被提出(但是至今没有找到相应的基本粒子),在固体材料中找到外尔费米子充分展示出科学规律的普适和深刻。陈宇林研究组发现的外尔半金属是一种新的量子态,兼具“三维石墨烯”及拓扑绝缘体的优良性质:一方面,外尔费米子具有三维空间中的无质量线性色散;另一方面,它具非平庸拓扑表面态(起始及终结于不同手性的外尔点的奇特“费米弧”)。通过对一系列外尔费米子材料的系统研究(Nature Materials, 15, 27 (2016),研究组不仅给拓扑外尔半金属家族增加了两位新成员,而且观测到自旋轨道耦合效应是实现和调制拓扑外尔半金属特有电子结构的重要物理机制。外尔半金属这些不平凡的电子结构,使其具有许多奇异的物理现象。在研究组与合作者的工作中(Nature Physics 11, 645 (2015)),已经在实验上观测到了拓扑外尔半金属非常优异的电学输运性质,比如超高载流子迁移率、极端庞大磁阻现象等等。这些优异的性质不仅使拓扑外尔半金属成为基础物理研究的理想材料,也使之成为新型电子学器件的重要候选材料。

                                                                                                         

拓扑Weyl半金属的拓扑非平庸电子结构(橙色和蓝色锥形:体态的Weyl费米子。蓝色及红色小球:不同手性的Weyl点。灰色弧:不连续的拓扑表面费米弧)

                                                                       

“2015年度中国科学十大进展”入选代表领奖现场(左一为陈宇林教授研究组博士后杨乐仙)