上海微系统所信息功能材料国家重点实验室、中科院超导电子学卓越创新中心研究员沈大伟和刘中灏课题组，与北京师范大学教授殷志平课题组以及南京大学教授温锦生课题组开展合作研究。利用高分辨角分辨光电子能谱实验技术和第一性原理计算对高质量SrAs3单晶样品的低能电子结构进行研究，首次实验直接证实了拓扑半金属SrAs3中费米能级附近存在极为简单的节线型环状（nodal ring）拓扑电子结构。相关论文“Photoemission Spectroscopic Evidence for the Dirac Nodal Line in the Monoclinic Semimetal SrAs3”发表在Physical Review Letters 124,056402 (2020)。 　　

      节线型拓扑半金属中存在能带翻转导致的一维节线型非平庸拓扑电子态和对应的鼓膜状表面态。不同于孤立的节点，受拓扑保护的一维节线有各种构型，比如直线型，曲线型，环状等。当节线靠近费米能级时，材料会表现出更为新奇的物理性质。最近，理论计算发现在SrAs3一类材料（CaP3，SrP3，CaAs3和SrAs3等）的费米能级附近存在极为简单的nodal ring拓扑电子结构。并且，磁阻和量子震荡实验发现手性电子诱导的负磁阻和非平庸贝里相位等节线型拓扑电子态存在的实验证据。但是，仍然欠缺最为直接的电子能谱实验证据。

　　该工作利用角分辨光电子能谱实验技术，通过改变光子能量，在低能量光子下（？10-20 eV）直接观测到了SrAs3材料中布里渊区Y点附近费米能级附近的nodal ring拓扑电子结构。第一性原理计算表明，该nodal ring是由As的4p轨道能带翻转导致，受到空间、时间对称性和晶面对称性的保护。该材料费米能级附近电子结构极为简单干净，即只存在一个nodal ring构成的费米面，与其他拓扑平庸的能带无相互干涉。所以该研究表明SrAs3一类材料是研究节线型拓扑量子态及其新奇输运性质的理想平台。另外，该研究过程中发现As 4p轨道散射截面对光电子能谱强度有着重要影响，费米能级附近As 4p轨道贡献的电子结构在低能量光子下才能被清晰的观测到。这也是以前缺少电子谱学对这类材料研究的原因之一。因此，该研究对光电子谱实验研究类似材料有着重要借鉴意义。

　　博士生宋叶凯和王广伟为该工作共同第一作者，殷志平，刘中灏和沈大伟为共同通讯作者，上海微系统所为第一单位。本工作获得了基金委国家重大仪器专项（项目批准号：11227902），面上项目，青年项目，以及国家重点研发计划等支持。

　　论文链接：　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.056402

图（a）SrAs₃晶体原胞结构。（b）SrAs₃布里渊区。位于Y-G-S平面内的红色环为nodal ring拓扑电子结构。（c）第一性原理计算的沿高对称性方向的费米能级附近的能带结构。Y点附近的As 4p轨道能带翻转。（d）As 4p轨道的散射截面。17 eV对应的散射截面比50 eV对应值高出约两个量级。考虑到光电流强度和散射截面的平方关系，理论上17 eV对应的光电流强度比50 eV对应值高出约四个量级。（e）通过改变光子能量测量的Y点附近nodal ring拓扑电子结构