囿于现有技术手段，二维材料畴壁的拓扑纽结态的表征和操控是凝聚态物理研究中的难题：拓扑纽结态的色散关系和数目难以从实验上表征，纽结态电流的大小也不易操控。在前人工作基础上，我院成淑光副教授与北京师范大学刘海文教授、苏州大学江华教授、北京大学孙庆丰教授和谢心澄教授合作，在石墨烯体系中通过构建干涉环，提出了拓扑纽结电子态的相干干涉模型，通过改变磁场或电场实现拓扑纽结态中能谷极化电流的周期性调控。运用此方案获得的拓扑纽结态的性质，只依赖于电子输运系数的周期干涉图样，因此在电子无序存在时也可以很好呈现。

    该方案可广泛适用于类石墨烯光子晶体、声子晶体及其它二维电子体系中拓扑纽结态的表征和操控研究。该研究成果于2018年10月8日以封面文章形式在线发表在物理学专业领域公认的最顶级期刊Physical Review Letters上（https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.156801）。这是以我校为第一单位在Physical Review Letters上发表的第二篇论文，是物理学学科建设的重大突破性成果。 

  成淑光副教授个人简介

    成淑光副教授2004年本科毕业于山西大学物理基地专业，2009年中国科学院研究生院（中国科学院物理研究所）博士毕业后到物理学院工作。长期从事大学物理、电磁学和电动力学的教学工作，并开展低维体系电子输运性质的研究，入选西北大学第一批“青年学术骨干支持计划”。

    成淑光副教授曾于2009年以中科院物理研究所为第一单位，西北大学物理系为第二单位发表了一篇Physical Review Letters论文（Phys. Rev. Lett. 103, 167003, 2009）。本次是他本人作为第一作者发表的第二篇PRL论文。他还在Physical Review B, New Journal of Physics, Journal of physics: Conndensed matter 等国际物理学期刊上发表论文十余篇。主持国家自然科学基金青年项目和面上项目各一项。

    截至目前，西北大学作为第一单位或参与单位在prl上共发表文章8篇，其中作为第一单位2篇，作为参与单位6篇。

西北大学为第一署名单位的第一篇PRL

    第一篇以西北大学为第一单位的Physical Review Letters论文是1993年现代物理研究所王佩、石康杰教授指导的博士生丁祥茂为第一作者发表的。丁祥茂博士现为中国科学院数学与系统科学研究院研究员。该文第二作者范桁当时是现代物理研究所硕士生，现为中科院物理研究所研究员，西北大学陕西省级人才。

西北大学最早的PRL

    1989年，张耀中博士以中国高等科学技术中心和西北大学现代物理研究所为单位，独立在Physical Review Letters上发表论文。张耀中教授是西北大学现代物理研究所88届博士毕业生，现为澳大利亚昆士兰大学数学物理中心主任，西北大学客座教授，西北大学“紫藤科研合作专项”教授。

被引用最多的一篇PRL

    2013年，杨文力教授、石康杰教授与中国科学院物理研究所王玉鹏研究员和曹俊鹏研究员合作在Physical Review Letters上发表了构建求解一般可积模型全新理论框架的“非对角Bethe ansatz方法”的论文。被国际同行称为“CYSW Solution”（“曹杨石王”解）。目前已被引用54次。文章的第一作者曹俊鹏研究员是西北大学现代物理研究所2001届博士毕业生，国家自然科学二等奖第二完成人。

成淑光副教授PRL论文内容简介

    阿哈罗诺夫-玻姆（AB）干涉效应是由Aharonov和Bohm在1959年提出的假想实验。它可证明电磁场的矢势有直接的可观测物理效应。该效应在提出的第二年即被实验证实。在近代物理中，AB效应是介观物理和超导物理中最普遍的现象。法布里-珀罗（FB）干涉效应是由法国物理学家夏尔·法布里和阿尔弗雷德·珀罗在1897年提出的多光束干涉效应。它在激光器和介观电子输运测量中有广泛的应用。以上两个效应分别是电动力学和光学中最重要的的两个位相相干效应。前者依靠磁场的失势来调控电子的相干干涉，而后者是多光束干涉的谐振效应。

    在前人工作基础上，物理学院教师成淑光与合作者一起在石墨烯体系中，通过巧妙构建干涉环，提出了电子拓扑扭结态的相干干涉模型。该体系中能谷极化电流的输运行为可以通过磁场和电场实现周期性的调控，同时呈现AB效应和FB干涉效应。其中磁场改变矢势，而电场改变拓扑扭结态电子的动力学位相（通过改变电子费米波长）。对于单层石墨烯中的拓扑扭结态，由于只有一条传输电子态，透射系数随电场或磁场表现出单周期震荡行为。而对于双层石墨，由于拓扑扭结态有两条，因此透射系数随电场或磁场表现出双周期震荡行为。紧束缚模型数值模拟的结果可以和简单的散射矩阵计算公式结果完美吻合。

    在凝聚态物理中，由于拓扑扭结态只局域在极小的宽度，因此它的表征是个难题。通常方法中，角分辨光电子能谱只适用于较大的体系，而介观输运测量对于无序较大的情况也无法得到量子化电导。因此在实验中使用该方案，通过电子输运行为测量可以获得拓扑扭结态以下性质：1）高度能谷极化的电流，2）狄拉克电子的线性色散关系，3）异质结中准一维电子态的数目和 4）与狄拉克电子在动量空间旋转一周相关的贝里位相。以上性质只依赖于电子输运系数的周期干涉图样，因此在电子无序存在时也可以很好呈现。

    此外，对于类石墨烯光子晶体和声子晶体以及其它二维体系中的拓扑扭结态（包括双层石墨、二硫化钼，六角氮化硼、拓扑绝缘体等）以上测量方案均适用，可以全部或部分地测量以上提到的拓扑扭结态的四个性质。

    该工作得到了国家重点攻关计划（项目批准号2017YFA0303301）、科技部国家重大基础研究计划（项目批准号2015CB921102）、中国科学院重点资助项目（项目批准号XDPB08-4）、国家自然科学基金（项目批准号11874298、11822407、11674264、11534001、11574007和11674028）和江苏省自然基金（项目批准号BK20160007）的支持。

    文章链接https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.156801