强关联系统中的拓扑相和拓扑相变

Topological phases and topological phase transitions are among the most promising new directions in condensed matter physics, which have both fundamental theoretical implication and great application potential. In this project, we will focus on topological phase and phase transitions in strongly correlated systems, which are much less investigated compared to those occuring in weakly interacting fermionic systems. Our central problems include: (1)Classification of topological phases in strongly correlated systems;(2)Generalization of topological invariants to strongly correlated systems;(3)Exotic properties of boson topological insulators;(4)Experimental realization of strongly correlated topological phases.

拓扑相和拓扑相变是近年来凝聚态物理中重要的新兴方向，具有重要的基础理论意义，同时也有广阔的实际应用前景。随着弱相互作用费米子系统中的拓扑相的理论逐渐完善，强关联系统中的拓扑相将会成为一个中心问题。本项目将重点研究这一新兴领域中的一系列关键问题如：(1)强关联体系中的拓扑相的分类；(2)推广拓扑不变量到强关联系统;(3)玻色子拓扑绝缘体的新奇性质;(4)强关联拓扑相在实际材料中的实现。我们将通过对这些问题的深入研究，加深对拓扑相的理解。

本课题围绕拓扑物态中的强关联效应，开展了两个方面的重点研究。第一个方面是强关联体系中的拓扑相的理论刻画，在这方面，我们从基态波函数出发给出了普适的拓扑不变量。第二个方面是拓扑半金属中的相互作用导致的新奇物理效应，在这方面，我们提出了数项理论预言，其中某些已经得到实验证实。这些物理效应具有潜在的应用价值。在本项目的资助下，共发表学术论文10篇，其中包括Physical Review Letters两篇(均为第一标注)， Physical Review X一篇(第一标注)，Nature Communication一篇(非第一标注)。