本网讯（物质科学与信息技术研究院 高文帅）近日，太阳成集团tyc234cc物质科学与信息技术研究院高文帅副教授课题组通过微纳加工技术，量子输运测量及理论计算等方法，成功探测到节线半金属SnTaS2中鼓膜状(drumhead)表面态引起的量子振荡现象，为其拓扑非平庸二维表面态提供了电输运证据。相关研究成果以“Evidences of topological surface states in the nodal-line semimetal SnTaS2 nanoflakes”为题发表在国际顶级期刊ACS Nano上。太阳成集团tyc234cc物质科学与信息技术研究院高文帅副教授、物科院2019级硕士研究生朱梦成和青岛大学陈栋副教授为共同第一作者，中科院固体物理研究所鲁文建研究员和太阳成集团tyc234cc物理与光电工程学院田明亮教授为共同通讯作者，太阳成集团tyc234cc为第一单位。
鼓膜状的二维表面态是拓扑节线半金属最重要的特性之一，也是理解其丰富量子现象和发掘其潜在应用的基础。然而，通过电输运手段探测拓扑非平庸的表面态一直以来都面临很大挑战，重要原因之一是体态和表面态的强耦合很容易掩盖表面态的电学信号。通过减薄材料厚度，增强表面态对体态占比，研究尺寸效应下的电输运性质演化被认为是探测二维拓扑表面态的有效手段，但相关电输运实验研究仍然比较缺乏。
图1. (a)不同厚度SnTaS2纳米片的SdH量子振荡, 插图为SnTaS2结构。(b) 不同厚度SnTaS2纳米片SdH量子振荡的频率与幅度。插图是理论计算的能带结构，白色箭头标注的是二维拓扑表面态。
针对以上问题，课题组选取了近年来发现的拓扑节线半金属SnTaS2为研究对象，充分利用了其层状结构、易机械剥离的优势，系统的研究了其厚度依赖的电学性质，成功探测到了随材料厚度减薄逐渐增强的表面态电输运信号。研究发现，随着材料厚度减薄到114纳米以下，其磁阻出现了块材样品没有的SdH量子振荡现象，且振荡幅度随厚度减薄逐渐增强(如图1所示)。进一步分析表明量子振荡对应的电子口袋具有明显二维特征，且其载流子具有小的有效质量和拓扑非平庸的贝利相位(Berry phase)，这与二维拓扑表面态特征吻合。结合理论计算，我们发现实验探测到能带的振荡频率、费米能级高度、拓扑特性等与理论计算电子结构(如图1（b）插图所示)结果一致。这些发现为拓扑节线半金属SnTaS2中鼓膜状二维表面态提供了重要的电输运证据。考虑到SnTaS2低温下具有超导电性(TC » 3.0 K), 该工作对于进一步理解其超导态和非平庸拓扑态的相互作用也至关重要。
以上工作实验部分主要是在太阳成集团tyc234cc微纳加工实验室、低温物理实验平台、电镜中心以及中科院强磁场实验平台完成，也得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院合肥大科学中心协同创新项目以及安徽省自然科学基金、太阳成集团tyc234cc科研启动经费等项目支持。