先进表征与测量——让动量空间拓扑态绽放光彩

    本文借助于拓扑材料的新奇物态与物性，展 示了拓扑物态先进表征与测量技术的魅力。研究 者们瞄准拓扑材料，在磁性、电输运、热输运、 光谱学等方面发现了一系列新奇的物态。尤其是 电输运行为，测试操作简单便捷，且可以在极端 的温度、磁场及压力下进行，适用范围十分广泛。 因此，在电输运中发现的物态和效应也最丰富， 如贝里相位相关的弱反局域化、外尔半金属的手 征反常、量子霍尔效应家族的弹道输运边缘态、 新奇相位的量子振荡 SdH 效应等。热输运性质作 为研究有限温度下电子行为的重要手段，围绕着 Wiedemann—Franz定律也开展了丰富的研究。同 时发现，材料的拓扑性质也产生了很多打破这个 定律的新现象。

    拓扑材料发展的另外一个重要推动力就是表 面谱学技术。作为验证拓扑态的直接证据，拓扑 材料的证实都需要 ARPES 和 STM 实验。正因如 此，ARPES 与 STM 技术验证材料拓扑态的文章 一经发表就会产生很大轰动。除此以外，ARPES 与红外光谱等技术都具有谱学本质——通过收 集粒子末态的能量、动量的信息来反映材料多 体物理的本质。凝聚态物理终究是研究摩尔量 级粒子之间的相互作用及其所展现出的宏观 现象。

     除此以外，磁性也是材料中非常重要的一个 性质。磁性使材料的时间反演对称性破缺，能带 直接发生了劈裂，对电子结构产生了非常重大的 影响，在实验研究方面有很大的差异。磁性材料 包含居里温度、磁化强度、矫顽场等相关的信息； 磁光克尔、非弹性中子散射等手段用来研究材料 的磁性非平衡态或者磁激发态；基于能带拓扑理 论，许多存在巨反常霍尔效应、巨能斯特效应、 巨磁光克尔效应、巨线性正磁电阻效应等的磁性 拓扑材料被发现，开启了电/热输运的第二春。磁 性拓扑材料是拓扑物理的一个重要出口，对其物 态和物性的表征和测量将是磁性拓扑材料研究的 重要内容。

    将拓扑学引入能带理论，可以说是物理学 的一大成功典范。拓扑理论让物理学家找到了 不同材料能带中存在的独特共性，并由此开启 了材料的拓扑时代。而各种先进的物态与物性 表征测量技术，则使得动量空间中的拓扑态绽 放光彩，为未来拓扑量子器件功能应用奠定了 重要基础。