中國科學技術大學楊金龍院士團隊李星星課題組在調控有機拓撲材料拓撲相變方面取得重要進展：通過在二維有機拓撲材料中的有機配體上發生互變異構反應來誘導體系產生拓撲相變。相關成果以“Tautomerization Makes Topological Phase Transition in Two-Dimensional Organometallic Lattices”為題發表于國際知名期刊Advanced Functional Materials上。
 

　　拓撲材料具有拓撲保護的表面態，能夠實現無耗散的電子輸運，在凝聚態物理領域引起了廣泛的關注。目前絕大多數拓撲材料僅表現出單一的拓撲性質，為了增強他們的功能性，在同一種材料中同時實現多種拓撲性質，例如通過誘導拓撲相變，是迫切需要的。在這方面，研究者們已經開發了適用于特定體系的多種物理手段，包括磁場、電場和光場等。然而，化學調控拓撲相變的方法卻非常有限且都是不可逆的。之前，該團隊通過在金屬有機晶格中引入互變異構反應來產生可逆的自旋序轉變【Nano Lett. 2023, 23, 19, 9126–9132】。基于此，這項工作進一步將該方法應用到有機拓撲材料中，以誘導實現可控的拓撲相變。在原理上，通過在有機連接體上發生內酰胺-內酰亞胺互變異構反應，可以引發磁轉變，并改變體系的能帶結構。這種能帶結構的變化進而引起體系Chern數的變化，導致拓撲相變的發生。
 

圖1.內酰胺-內酰亞胺互變異構反應誘導二維有機拓撲材料發生拓撲相變的示意圖。
 

　　研究人員以鈷為節點，2,2'-聯噻唑衍生物為有機連接體，理論設計了一種二維有機拓撲材料并驗證了化學異構調控拓撲相變的可行性。在內酰胺-內酰亞胺互變異構反應后，體系從Chern數為+1的亞鐵磁半金屬轉變為Chern數為-1的鐵磁Chern絕緣體。此外，晶格中載流子的自旋極化方向也發生了反轉。
 

　　中國科學技術大學化學物理系博士生李俊瑤為第一作者，化學與材料科學學院李星星教授和楊金龍教授為共同通訊作者。該研究工作得到了自然科學基金委、科技部和中國科學院的資助。(化學與材料科學學院、科研部)