中国科大在调控有机拓扑材料拓扑相变方面取得重要进展

中国科学技术大学杨金龙院士团队李星星课题组在调控有机拓扑材料拓扑相变方面取得重要进展：通过在二维有机拓扑材料中的有机配体上发生互变异构反应来诱导体系产生拓扑相变。相关成果以“Tautomerization Makes Topological Phase Transition in Two-Dimensional Organometallic Lattices”为题发表于国际知名期刊Advanced Functional Materials上。

拓扑材料具有拓扑保护的表面态，能够实现无耗散的电子输运，在凝聚态物理领域引起了广泛的关注。目前绝大多数拓扑材料仅表现出单一的拓扑性质，为了增强他们的功能性，在同一种材料中同时实现多种拓扑性质，例如通过诱导拓扑相变，是迫切需要的。在这方面，研究者们已经开发了适用于特定体系的多种物理手段，包括磁场、电场和光场等。然而，化学调控拓扑相变的方法却非常有限且都是不可逆的。之前，该团队通过在金属有机晶格中引入互变异构反应来产生可逆的自旋序转变【Nano Lett. 2023, 23, 19, 9126–9132】。基于此，这项工作进一步将该方法应用到有机拓扑材料中，以诱导实现可控的拓扑相变。在原理上，通过在有机连接体上发生内酰胺-内酰亚胺互变异构反应，可以引发磁转变，并改变体系的能带结构。这种能带结构的变化进而引起体系Chern数的变化，导致拓扑相变的发生。

图1.内酰胺-内酰亚胺互变异构反应诱导二维有机拓扑材料发生拓扑相变的示意图。

研究人员以钴为节点，2,2'-联噻唑衍生物为有机连接体，理论设计了一种二维有机拓扑材料并验证了化学异构调控拓扑相变的可行性。在内酰胺-内酰亚胺互变异构反应后，体系从Chern数为+1的亚铁磁半金属转变为Chern数为-1的铁磁Chern绝缘体。此外，晶格中载流子的自旋极化方向也发生了反转。